近期，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研究团队采用改进的化学气相沉积技术(MCVD)结合液相掺杂工艺制备出了高浓度掺镱石英光纤，并利用该光纤搭建了超短腔光纤激光器，分别实现了1微米波段的单频、高重频锁模激光输出。相关成果以“High ytterbium concentration Yb/Al/P/Ce co-doped silica fiber for 1-µm ultra-short cavity fiber laser application”为题发表于Optics Express。
高性能单频、高重频锁模光纤激光器要求掺镱光纤具有高增益系数、高转换效率以及低光子暗化的特点。由于石英基质中稀土离子溶解低，高掺杂浓度所引起的稀土离子团簇效应会严重影响光纤的激光性能。研究团队通过优化纤芯组分制备了Yb/Al/P/Ce共掺石英光纤，其中Yb离子掺杂浓度为2.5 wt%，在976 nm处纤芯吸收系数达1400 dB/m。
以表征自研高浓度光纤在实际应用场景中的激光性能，研究人员使用该光纤搭建了两种全光纤结构的超短谐振腔进行激光实验。首先，使用长度仅为1厘米的自研掺镱光纤搭建了分布式布拉格反射式(DBR)激光谐振腔，成功实现了功率为75 mW，线宽为14 kHz的单纵模激光输出。随后，使用该光纤搭建了基于半导体可饱和吸收镜(SESAM)的被动锁模光纤激光器，其中增益光纤长度为8.4厘米，最终实现了重复频率为1.23 GHz，脉冲宽度为6.4 ps的脉冲激光输出。该项研究结果表明制备的高浓度掺镱石英光纤具有优异激光性能，有望应用于面向高精度光纤传感、光学频率梳等领域的高性能光纤激光器研发。
相关研究得到了国家科技部重点研发项目支持。
图1. 高掺杂浓度Yb/Al/P/Ce石英光纤特性。a)折射率分布， b)掺杂元素分布，c)纤芯损耗谱，d)纤芯吸收谱。
