光纤激光器具有理想的光束质量、超高的转换效率、免维护、高稳定性以及冷却效率高、体积小等优点，具有许多其他激光器无可比拟的技术优越性。

　　2μm掺铥光纤激光器由于其高效率、高输出功率、对人眼安全、且位于透过率良好的“大气窗口”等特性在科研领域有着巨大吸引力，它在材料处理、遥感、生物医学和国防领域有着广泛应用前景。

掺铥光纤激光器相关研究

一 基质材料

　　（1）锗酸盐（Germanate）

　　与CVD制作掺杂石英光纤方法不同，这种玻璃基质可通过混合熔融化学物质来制作。由于不规整的晶格结构，这种多组分玻璃可以掺杂高浓度的铥离子，这样就能实现短增益光纤内的泵浦光较强的吸收，同时充分利用了高掺铥能级系统中的交
叉弛豫过程，提高量子效率。

　　但是由于锗氧化物的光敏特性，锗酸盐光纤存在光子暗化比较严重的问题。

　　基于这种光纤，蒋仕彬博士于2007年在实验中实现了斜率效率68%、功率64W的掺铥光纤激光输出。

　　（2）石英（Silica）

　　石英光纤机械强度高与普通单模石英光纤材料相同，能实现低损耗熔接，制作成本低，适用于光纤激光器的大规模生产。

　　石英光纤也存在掺铥浓度不高、低斜率效率和较强的上转换的问题，而且由于上转换产生了光子暗化效应。

　　基于这种光纤，G.Rines等人在2008年实现了斜率效率50.7%、功率885W的掺铥光纤激光输出。

　　（3）硅酸盐（Silicate）

　　硅酸盐玻璃材料相对于石英材料具有低处理温度、低成本、高稀土离子溶解性、更适合于双包层光纤、基本上没有光子暗化等优势。但是相对机械强度较低一些。

　　硅酸盐玻璃材料相对于锗酸盐材料具有高的机械强度、更适和于硅基石英光纤熔接。从而可以实现增益光纤与用于制作布拉格光纤光栅(FBGs)的标准石英光纤之间的高强度熔接。

　　硅酸盐光纤集中了锗酸盐和硅基石英光纤的优势，它更适合用于掺铥光纤激光器。

二 纤芯结构

　　通过改进的增益光纤内部结构，我们可以改进泵浦效率，改善掺铥光纤激光器的工作特性。常见的光纤结构有普通双包层、双包层+偏芯结构、保偏、单模。

　　其中，双包层+偏芯结构具有较高的泵浦效率，通过在内包层里加人介质棒，可以提高单位长度泵浦吸收效率。从而提高掺铥光纤激光器的斜率效率。

　　利用这种光纤，蒋仕彬博士于2009年在实验中实现了斜率效率68.3%的光纤激光输出，量子效率达到180%以上。

　　三 窄线宽

　　在短腔(厘米级别)DBR光纤激光器分别使用包层泵浦和纤芯泵浦的结构，均可实现高效单频激光工作。这种光纤单位长度增益超过了2dB／cm，在实验中，蒋仕彬博士将2cm长的一段光纤用于单频光纤激光器，小于3kHz线宽、纤芯泵浦掺铥DBR光纤激光器实现了。据相关的记录，这种线宽是至今最窄的2μm光纤激光器线宽。

四 调Q掺铥光纤激光器

　　通过应力双折射来实现短腔偏振控制实现了工作在2μm波段的全光纤单模调Q激光器。这种调Q激光器可以工作在一个较宽的重复频率范围(10Hz～100kHz)，同时输出功率为几毫瓦。这种调Q窄线宽脉冲的功率可以通过多级掺铥光纤放大器来放大。

五 锁模掺铥光纤激光器

　　通过使用一根长30cm的最近开发的掺铥硅酸盐掺铥光纤，我们实现了基于可饱和吸收镜(SESAM)的自起振被动锁模光纤激光器。得到的锁模脉冲工作在1980nm波段，脉冲宽度为1.5ps，单脉冲能量0.76nJ。