氟化物光纤分类及应用概述 0824

氟化物光纤分类及应用概述自从1960 年蓝宝石激光器诞生以来，成百上千的掺稀土晶体和玻璃被制造出来，用于固态激光器产生不 同波长处的连续发射。和晶体相比，玻璃不仅仅具有宽的激光跃迁，而且具有宽的吸收谱，降低了对泵浦原的 波长要求。石英玻璃是杰出的稀土离子寄主材料。磷酸盐玻璃作为光纤激光器的寄主材料具有高的可溶解性， 具有高的离子掺杂浓度，现在主要用于高增益光纤。氟化物和硫系玻璃具有低的量子能量和中红外透明，这些 玻璃是优秀的候选者用于可见和中红外激光输出。和硫系玻璃光纤比较，氟化物光纤具有较高的掺杂浓度和强 度，以及高稳定和低背景损耗。氟化物（ZBLAN ）玻璃中的氟化物离子单电荷和粘结强度低于石英玻璃。离子粘结强度越低导致较高的 红外透明和较高的化学反应。ZBLAN玻璃的单峰红外边缘比石英玻璃的更长，但是稳定性和坚固性比石英玻 璃差。这表明氟化物玻璃较脆需要特殊的涂层来改善强度。用于光纤制造的光学玻璃应该是背景损耗越低越好，由于光纤长度相对较长。光学玻璃中的光传播损耗有 内部和外部。内部有带隙吸收，瑞利散射，多光子吸收，带隙吸收和瑞利散射只在短波长，降低内损害能够获 得通过转移多光子红外边缘到长波长。ZBLAN光纤的背景损耗高，由于在光纤制造过程中，外部散射和吸收 相对来说难于控制。到目前为止，商业化的ZBLAN光纤的背景损耗50dB/km在0.5-3.5m。目前商用化的氟化物光纤按传输模式分为单模和多模两种，单模氟化物光纤因其非线性特性显著，多用于 超连续谱光源的制作，目前采用此方案制作的商用化超连续谱白光光源波长已拓展至4000nm ；多模氟化物光 纤纤芯尺寸可以做到450微米甚至更高，便于中红外激光的柔性能量传输。按照包层结构分，可分为单包层结构，双包层结构等；一般在其纤芯掺杂不同重金属元素，做为激光增益 介质，为了抑制双包层光纤中螺旋光的产生，对光纤包层几何结构做过诸多尝试，D形、矩形、八边形、六边 形等多种结构出现。常见的掺杂元素为Ce, Pr, Nd, Sm, Eu, Gd, Dy, Ho, Er, Tm, Yb等多种，常见发射波长如下：(M)aMod Indlno目前氟化物光纤广泛应用于超连续光源制作，2p m，2.78p m，2.94p m中红外光纤激光器制作，商用化 的全氟化物光纤激光器可做到15瓦稳定连续输出。广泛应用于红外成像、远程红外光谱成像、远程温度测量、激光 医疗等各个方向。随着泵浦激光器功率的不断提升，光纤制作的日益成熟，激光输出功率也在不断提升，应用方向会向更 多方向拓展。氟化物光纤的研发生产主要集中在法国与日本公司，国内外相关领域研究日渐火热，不断有高功率、窄线宽、锁模等 不同指标激光器推出。目前国内北京拓普光研配合各大研究所及高校在此方向做了诸多工作，推荐多种光纤激光方案，中红外光纤激光的应用领域也在不断拓宽，相信不久的将来可以有更高指标的中红外光纤激光器推出。