近期，中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光單元技術實驗室研究團隊采用改進的化學氣相沉積技術(MCVD)結合液相摻雜工藝制備出了高濃度摻鐿石英光纖，并利用該光纖搭建了超短腔光纖激光器，分別實現了1微米波段的單頻、高重頻鎖模激光輸出。相關成果以“High ytterbium concentration Yb/Al/P/Ce co-doped silica fiber for 1-μm ultra-short cavity fiber laser application”為題發表于Optics Express。
 

　　高性能單頻、高重頻鎖模光纖激光器要求摻鐿光纖具有高增益系數、高轉換效率以及低光子暗化的特點。由于石英基質中稀土離子溶解低，高摻雜濃度所引起的稀土離子團簇效應會嚴重影響光纖的激光性能。研究團隊通過優化纖芯組分制備了Yb/Al/P/Ce共摻石英光纖，其中Yb離子摻雜濃度為2.5 wt%，在976 nm處纖芯吸收系數達1400 dB/m。
 

　　以表征自研高濃度光纖在實際應用場景中的激光性能，研究人員使用該光纖搭建了兩種全光纖結構的超短諧振腔進行激光實驗。首先，使用長度僅為1厘米的自研摻鐿光纖搭建了分布式布拉格反射式(DBR)激光諧振腔，成功實現了功率為75 mW，線寬為14 kHz的單縱模激光輸出。隨后，使用該光纖搭建了基于半導體可飽和吸收鏡(SESAM)的被動鎖模光纖激光器，其中增益光纖長度為8.4厘米，最終實現了重復頻率為1.23 GHz，脈沖寬度為6.4 ps的脈沖激光輸出。該項研究結果表明制備的高濃度摻鐿石英光纖具有優異激光性能，有望應用于面向高精度光纖傳感、光學頻率梳等領域的高性能光纖激光器研發。
 

　　相關研究得到了國家科技部重點研發項目支持。
 

　　圖1. 高摻雜濃度Yb/Al/P/Ce石英光纖特性。a)折射率分布， b)摻雜元素分布，c)纖芯損耗譜，d)纖芯吸收譜。