突破性进展：单振荡器结构掺铥光纤激光器实现1.94 μm波段203.2 W高功率输出及61.2%斜率效率

本研究针对2 μm波段掺铥光纤激光器(TDFL)在医疗和工业应用中功率与效率不足的问题，通过单振荡器架构(SOA)和创新的光纤熔接技术，实现了1.94 μm波长下203.2 W输出功率（斜率效率61.2%）的突破性成果，其功率稳定性（RMS<0.2%）和光谱特性（FWHM=2 nm）为激光医疗手术和气体传感提供了理想光源。

　　

在激光技术领域，2 μm波段的掺铥光纤激光器(TDFL)因其在医疗手术、气体传感和工业加工中的独特优势备受关注。然而，传统设计在1.94 μm波段面临严峻挑战：功率提升受限于铥离子(Tm³⁺
)的强重吸收效应，斜率效率普遍低于55%，且单振荡器架构(SOA)的功率输出长期停滞在170 W水平。这些问题严重制约了该波段激光在精密医疗（如组织消融）和痕量气体检测（如CO₂
/H₂
O监测）中的应用。

针对上述瓶颈，深圳大学的研究团队在《Materials Today Physics》发表了一项里程碑式研究。他们通过创新的光纤设计和熔接工艺，首次在SOA结构中实现了1.94 μm波段203.2 W的世界纪录功率输出，斜率效率高达61.2%，同时保持0.2%的功率稳定性和2 nm的窄线宽特性。这项成果不仅突破了SOA在短波长区的功率限制，更通过独创的大模场光纤(LMA)熔接技术解决了高功率下的背向反射难题，为医疗激光设备和工业加工系统提供了新一代高性能光源。

关键技术方法包括：1）采用八边形包层掺铥光纤(TDF)结合793 nm激光二极管(LD)对称泵浦方案；2）开发LMA-GDF-25/400-09M被动光纤与TDF的低损耗熔接工艺；3）使用(2+1)×1多模泵浦合束器(MPC)实现353 W总泵浦功率输入；4）通过包层光剥离器(CPS)分离信号与残余泵浦光。

【实验设置】
研究团队构建了全光纤化单振荡器系统：四组793 nm泵浦LD通过MPC耦合至6米长TDF，其25 μm核心直径和400 μm内包层设计有效抑制了放大自发辐射(ASE)。温度控制系统将LD工作温差控制在±0.1°C，确保泵浦波长稳定性。

【LMA光纤熔接优化】
针对传统熔接导致的模式失配问题，提出分步放电熔接法：先以低电流（8.5 mA）预处理光纤端面，再通过精确的轴向偏移补偿（<1 μm）实现Tm³⁺
扩散抑制，使熔接损耗降低至0.15 dB，背向反射<-60 dB。

【功率演化特性】
在353 W泵浦下，系统总输出达215.68 W（含泄漏泵浦光），经CPS处理后获得纯203.2 W信号光。功率曲线呈现线性特征，证实61.2%的斜率效率（较前人提升7.4%），光学转换效率达60%。

【光谱与稳定性】
输出光谱中心波长1940.6 nm，3 dB带宽稳定在2 nm范围内。在最大功率连续工作2小时后，功率波动RMS<0.2%，峰峰值(PTP)<2%，满足医疗应用对稳定性的严苛要求。

这项研究通过三项创新突破实现了1.94 μm TDFL的性能飞跃：首先，SOA架构的简化设计提升了系统可靠性，避免了多级放大带来的复杂度；其次，优化的光纤参数（核心/包层比65 μm）有效抑制了1965 nm ASE竞争；最后，独创的熔接技术解决了高功率传输的瓶颈问题。这些进展使得该激光器在医疗领域（如前列腺汽化手术）可实现更深的组织穿透深度，在工业焊接中能提高不锈钢加工效率，同时其窄线宽特性为CO₂
气体检测提供了0.1 ppm级灵敏度潜力。

论文通讯作者Peiguang Yan教授团队指出，该技术路线可扩展至其他稀土掺杂光纤系统，未来通过波长调谐有望覆盖1.9-2.1 μm全波段应用需求。当前成果已应用于深圳某医疗设备企业的激光手术样机开发，验证了其临床转化价值。这项研究不仅刷新了SOA架构的性能极限，更为我国在高端光纤激光器领域赢得了国际竞争优势。