近期，中國科學院上海光學精密機械研究所空間激光信息技術研究中心馮衍研究員領銜的課題組，在高功率拉曼光纖激光器研究中取得新進展。提出了一種鐿-拉曼集成的光纖放大器結構，有效地解決了拉曼光纖激光器功率提升的主要技術瓶頸問題，在1120nm波長，首次獲得580W的單橫模線偏振拉曼光纖激光和1.3kW的近單模拉曼光纖激光輸出。

　　近年來，高功率光纖激光器發展迅速。1μm波段的摻鐿光纖激光器，近衍射極限輸出功率可達20kW，多橫模輸出功率可達100kW。盡管如此，稀土摻雜光纖激光器的輸出波長，因稀土離子能級躍遷的限制，僅能覆蓋有限的光譜范圍，限制了其應用領域。基于光纖中受激拉曼散射效應的拉曼光纖激光器是拓展光纖激光器波長范圍的有效手段。

　　該項研究中，在一般的高功率摻鐿光纖放大器中注入兩個或多個波長的種子激光，波長間隔對應光纖的拉曼頻移量。處于鐿離子增益帶寬中心的種子激光率先獲得放大后，在后續光纖中作為泵浦激光對拉曼斯托克斯激光進行逐級放大。初步的演示實驗獲得了300 W的1120nm拉曼光纖激光輸出;接著采用較大包層(400μm)的光纖，獲得了580W的單橫模線偏振拉曼光纖激光和1.3kW的近單模拉曼光纖激光輸出。結果發表于《光學快報》(Optics Letters)和《光學快訊》(Optics Express) [Opt. Lett. 39, 1933-1936 (2014); Opt. Express 22, 18483 (2014)]。鑒于目前高功率摻鐿光纖激光器均采用主振放大結構，新提出的光纖放大器結構可用于進一步提升拉曼光纖激光的輸出功率。初步的數值計算也表明，該技術方法有望在1～2μm范圍內任意波長獲得千瓦級激光輸出。

　　該項研究得到了中國科學院百人計劃、國家“863”計劃、國家自然科學基金等項目的支持。

　　

 

千瓦級摻鐿-拉曼集成的光纖放大器結構示意圖

　　

輸出功率隨976 nm二極管泵浦功率的變化曲線，其中的插圖為最高輸出時的光譜。