基于透射体布拉格光栅频谱组束的实验研究

　　1　引　言

　　高能激光有着广泛的应用前景,研制功率足够大、结构紧凑的高能激光系统已成为探索、追求的目标[1],光纤激光器由于体积小、重量轻和易于集成等优点而成为研制高能激光系统的首选。但光纤激光器由于受非线性效应以及光学热损伤等机制的限制[2],单个激光器的输出功率不可能无限制地提升。为获得高能激光,采用了多束激光的叠加技术[3~6]。文献[7]基于透射体布拉格光栅,进行了两束光纤激光频谱组束的优化设计。本文以此研究为基础,通过两束双包层Er3+/Yb3+共掺光纤激光的频谱组束,获得到了0.56 W的组束激光输出。

　　2　实验装置

　　依据文献[7]的优化设计方案,搭建出如图1所示的组束实验系统。泵浦源是2个带尾纤输出的CW半导体激光器,型号分别为FAP和TISB1。FAP泵浦源P1的最大输出功率为15.2 W,TISB1泵浦源P2的最大输出功率为20.1 W。使用的光纤为EY805型双包层Er3+/Yb3+共掺光纤[8]。对于由FAP泵浦的光纤激光器L1,其光纤长度为2 m;而对于由TISB1泵浦的光纤激光器L2,其光纤长度为1.65 m。使用的光栅是条纹平面(栅线)垂直于体表面的透射体布拉格光栅,厚度为1.5mm,并带有13.5 mm的衬底。光栅的相关参数为:折射率调制n1=495±0.5 ppm,空间频率f=564±1 mm-1,光栅布拉格角θ0≈17°,介质的平均折射率n0=1.49±0.05。使用的其它器材还包括1个焦距为20 mm的准直透镜,1个焦距为40 mm的圆凸透镜。

 3　实　验

　　3.1　光纤激光产生

　　两路光纤激光的产生装置见图1的左半部分,该装置即为F-P腔前向泵浦的光纤激光器。依据文献[8]泵浦光耦合进入光纤的测试方法,测得L1的最大耦合入纤功率为2.6 W,L2的最大耦合入纤功率为3.7 W。实验结果类似于文献[9]的结果:即超过阈值电流后,随泵浦源显示电流的增加,激光输出功率基本上呈直线单调增加。其中,L1的最大输出功率约为0.48 W,激光输出波长为1565.198 nm; L2的最大输出功率约为0.71 W,激光输出波长为1560.583 nm,图2给出了这2个光纤激光器最大泵浦功率时测得的光谱。

　　3.2　衍射输出功率及衍射效率

　　由于光纤激光既具有一定的谱宽,又具有一定的发散角。因此,组束实验前,须测出光栅对该激光的实际衍射效率。测试时,将泵浦源P1置于关机状态,打开泵浦源P2,测得激光衍射输出功率随L2输出功率变化的曲线如图3所示。

　　从图3可以看出,随激光输出功率的增加,光栅衍射输出功率基本呈直线单调增加,当激光输出功率达到0.71 W时,测得最大衍射输出功率约为0.28 W。

　　图4给出了最大衍射输出时测得的光谱。对比图2和图4可以发现,经光栅衍射输出时,输出光谱的旁瓣基本消失,光谱的峰值功率明显减小。同时,衍射输出波长的峰值也有了一定的变化,即从激光实验时的1560.583 nm变为1560.374 nm。该变化可能来源于以2方面原因:1)由于泵浦源输出功率的不稳定,导致掺杂离子再吸收的不稳定,该原因导致输出波长的变化见文献[10];2)由于光栅的谱选择性,导致最佳衍射输出峰值波长发生在该波长上,此原　因在文献[7]中已详细分析。