通过掺镱光纤的吸收饱和效应，实现了对980纳米附近激光的多级放大

《Optical Fiber Technology》：Multi-stage amplification of laser near 980 nm enabled by absorption saturation of Yb-doped fiber

多级放大抑制1030nm ASE是实现近衍射极限980nm高功率光纤激光的关键。通过缩短Yb掺杂光纤(YDF)长度利用饱和吸收效应，在保证泵浦效率前提下，可有效抑制种子光引发的1030nm ASE。实验采用两-stage YDF放大器，在979nm实现163.4W输出功率且M2<1.8。该成果为近980nm高功率激光器发展提供新思路。

　　在近980纳米波段，Yb掺杂光纤（YDF）激光器因其在超快固体和光纤激光器泵浦、蓝光和深紫外激光生成等关键领域的应用而受到广泛关注。然而，实现高功率、近衍射极限的YDF激光器仍面临重大挑战，尤其是在1030纳米附近的放大自发辐射（ASE）问题。这一问题限制了YDF激光器的输出功率，使得目前的功率记录仍停留在151瓦，尽管这一数值在实际应用中已显得不足。

为了突破这一瓶颈，研究者们开始探索多级放大技术的可行性。多级放大技术在提高激光功率方面具有显著优势，因为它可以通过逐步放大信号光来实现更高的输出功率。然而，多级放大技术在近980纳米波段的应用却并不如预期那样顺利。这是因为高功率的种子光会引发1030纳米波段的ASE，从而影响激光器的性能。因此，传统观点认为，种子光的功率应该受到严格限制，以避免ASE的增强。

然而，最新的研究表明，YDF的吸收饱和效应和Yb离子的高反转状态可以有效抑制1030纳米波段的ASE，即使种子光的功率被大幅提高。这一发现具有重要的意义，因为它意味着多级放大技术在近980纳米波段是可行的，且不会显著降低激光器的效率。通过合理设计YDF的长度，可以在不牺牲放大效率的前提下，实现种子光的高效利用。这种机制的发现不仅为多级放大技术提供了理论支持，也为高功率、高亮度YDF激光器的进一步发展开辟了新的途径。

为了验证这一理论预测，研究团队搭建了一个两阶段的YDF放大器实验系统。在实验中，采用了双向泵浦的YDF作为增益介质，其纤芯与包层直径分别为20/125微米。实验结果显示，当种子光的功率被提升至较高水平时，1030纳米波段的ASE依然可以得到有效抑制，最终实现了979纳米波段163.4瓦的高功率输出，且光束质量（M2因子）小于1.8。这一结果不仅打破了以往的功率记录，也证明了多级放大技术在近980纳米波段的可行性。

值得注意的是，YDF的吸收饱和效应是这一技术可行的关键因素之一。YDF在受到高功率种子光照射时，其吸收能力会逐渐趋于饱和，这意味着即使种子光的功率继续增加，YDF也不会对1030纳米波段的ASE产生更大的响应。这种吸收饱和效应使得YDF在多级放大过程中能够保持较高的增益效率，从而支持更高的种子光功率。同时，Yb离子的高反转状态也对抑制ASE起到了重要作用。Yb离子在受到高功率种子光激发时，其反转状态会显著增强，从而能够更有效地吸收和抑制1030纳米波段的ASE。

此外，YDF的长度也是一个关键参数。研究发现，只要YDF的长度不超过某个临界值，即使种子光的功率被大幅提高，也不会对ASE的抑制效果产生负面影响。这一临界值与YDF放大器的泵浦效率密切相关。如果YDF的长度过短，其泵浦效率可能会下降，从而影响整体的输出功率。因此，研究团队在实验中选择了适当的YDF长度，使得其既能有效抑制ASE，又能保持较高的泵浦效率。

实验结果进一步表明，多级放大技术不仅能够实现高功率输出，还能保持良好的光束质量。这为YDF激光器在高功率、高亮度应用中的发展提供了重要的技术支持。例如，在工业加工、医疗、通信等领域，高功率、高亮度的激光器具有广泛的应用前景。通过多级放大技术，可以进一步提高这些激光器的性能，满足更多实际需求。

研究还探讨了不同纤芯直径对多级放大技术的影响。由于纤芯直径较小，传统的YDF在多级放大过程中可能面临斜率效率较低的问题。为了提高斜率效率，增加纤芯直径是必要的。然而，增加纤芯直径是否会影响ASE的抑制效果，是一个值得深入研究的问题。实验结果显示，即使纤芯直径增加，只要YDF的长度保持在合适的范围内，ASE的抑制效果依然可以得到保障。这表明，多级放大技术在不同纤芯直径的YDF中都具有良好的适应性。

总的来说，这项研究为近980纳米波段的YDF激光器提供了新的思路和技术路径。通过合理利用YDF的吸收饱和效应和Yb离子的高反转状态，可以在不牺牲泵浦效率的前提下，实现种子光的高效利用和多级放大技术的应用。实验的成功不仅验证了理论预测，也为未来高功率、高亮度YDF激光器的研发奠定了基础。未来的研究可以进一步探索不同参数对多级放大效果的影响，以及如何在更复杂的系统中优化种子光的利用。这将有助于推动YDF激光器在更多领域的应用，提高其性能和实用性。