近日，中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室，提出一种基于掺Er磷酸盐光纤作为U波段激光器的新方案，相关研究成果以“Extending laser wavelengths to 1630nm in centimeter－scale Er－phosphate fiber”为题在线发表于Optics Letters。
U波段（1625－1675nm）激光在激光通信、多普勒激光雷达等领域具有重要应用价值。目前，实现U波段激光器的增益基质基本依赖半导体和晶体，由于体积庞大、成本高和光束质量差等问题使得实际应用受限。相比之下，掺Er光纤激光材料具备紧凑、小型化、高光束质量和低成本等优势，是最有潜力实现商用的激光基质材料。然而，掺Er光纤激光器受到Er离子激发态吸收的限制，使得波长大于1600nm的激光增益不够。因此，如何提升掺Er光纤材料的长波增益是目前U波段激光领域亟需解决的关键科学问题。
研究团队提出一种磷酸盐玻璃结构调控法，用于Er离子局域环境调控以及光谱整形的新方案。从理论和实验两方面证实了磷酸盐光纤作为Er离子的长波增益增强基质。该方案在掺Er磷酸盐光纤中获得了1420－1680nm宽带发光，远优于掺P石英光纤的1420－1633nm。
同时，团队在15cm长的自研掺Er磷酸盐光纤中突破了激光波长的极限，将激光波长拓展至了U波段的1630 nm，实现了激光波长最长、效率最高、输出功率最大激光性能。该工作在1627nm和1630nm激光达到的输出功率和斜率效率分别为的44mW／12．5％和16．5mW／5．6％。该光纤背景损耗为0．5 dB／m＠1300 nm，使用长度仅为厘米量级。相比石英光纤，该光纤掺杂浓度高、使用长度短、是最有可能实现U波段激光应用的有源光纤材料。
该工作得到国家自然科学基金和国家重点项目的支持。
图1 掺Er磷酸盐光纤激光波长拓展机理
图2 掺Er磷酸盐光纤U波段激光信号
