光纤激光器由于具有结构紧凑、效率高及光束质量好等优点, 成为固体激光器发展的热点。而基于光子晶体光纤的光纤激光器因其具有超大的模面积、宽带单模传输、大幅度可调的色散特性等优点，也有着更为广阔的应用前景。从2000 年首台光子晶体光纤激光器问世到现在的短短几年间， 各种类型的光子晶体光纤激光器等纷纷涌现。其中, 由于掺稀土元素大模面积PCF 激光器解决了普通光纤激光器在激光器高功率运转时会由于纤芯能量过于密集而出现一些非线性效应并会导致光纤的损坏的问题而成为研究的重要方向。

　　目前报导的掺杂大模面积PCF 激光器主要有掺Yb3+、掺Nd3+和掺Er3+三种PCF 激光器。报导最多的是掺Yb3+PCF 激光器。

　1 传统掺Yb3+PCF 激光器

　　2000 年， 英国巴斯大学演示了一种掺Yb3+的PCFL，在730nm 波长以上具有GVD 的PCF 中首次获得激光作用。该激光器具有大空气孔和小芯径的PCF，固体纤芯直径为1.6μm，掺杂区直径为0.9μm；其激射阈值小于10mW， 输入功率330mW 时， 获得14mW 的输出功率。

　　2001 年Wadsworth 等人报导了第一台大模面积掺Yb3+PCF 激光器。采用的泵浦光源为波长915nm的钛宝石激光器, 当泵浦光为1.03W 时得到了波长1040nm 处315mW 的单模激光输出。同年，Furusawa等人用波长966nm 的半导体激光器泵浦一段长度约为1m 的掺Yb3+PCF， 得到平均输出功率为17mW，脉宽约15ps， 斜率效率约75%， 波长调谐范围从1030～1050nm，谱宽为0.1nm，实现了第一台掺Yb3+锁模PCF激光器。

2 掺Yb3+双包层PCF 激光器

　　将光子晶体光纤设计成双包层结构， 可提高其对泵浦光的吸收。用厚度小于传输波长的硅条在其内包层周围悬置硅网构成空气包层， 可以大大提高内包层的数值孔径。大数值孔径内包层的PCF 可以较大地缩小内包层直径而维持对泵浦光的吸收不变。同时，通过提高纤芯与内包层的面积比可以提高纤芯对泵浦光的吸收，并使PCF 的工作长度缩短。大模面积的设计和有效缩短吸收长度可以大大减小光纤中的非线性效应，有利于制作高功率PCF 激光器。

　　2003 年1 月，Wadsworth 等人报导了利用大模面积空气包层PCF 研制的高功率PCF 激光器，其结构为双程后向线性腔结构，最大输出功率3.9W，斜率效率30%， 实现单横模运转。所采用的PCF 纤芯直径为15μm ， 内包层数值孔径大于0.8。德国耶拿的Friedrich Schiller 大学和丹麦的Crystal Fiber 公司根据双包层和大模场面积设计制作出大功率掺Yb3+ PCFL。2.3m 长的空气包层PCFL 实现了80W 输出功率，斜效率为78%。该双包层由一个具有六角形晶格的空气孔内泵浦芯包层和一个390nm 厚、约50μm 长的SiO2桥形外包层薄板构成。为了获得三角形的28μm 大模场面积纤芯， 在拉制光纤前插入了三根掺Yb3+的光纤棒。纤芯掺杂Al3+以增加Yb3+的溶解性，而且掺进了氟用来补偿掺杂Yb3+和A13+后纤芯折射率的增加， 使掺杂后纤芯折射率接近纯硅。此外，具有类似结构的4m长PCFL 的输出功率增长到260W，并有千瓦级的输出潜力。

　　2004 年，英国SPI 制备双端泵浦12m 长的双包层光纤(内NA 低于0.05，芯径40μm)，输出功率1.36kW，输出激光波长在1.1μm，光束质量因子M2=1.4，光束质量接近衍射极限，斜率为83%；丹麦Crystal Fibre 公司制备出基于形状双折射原理研制的掺Yb3+双包层偏振PCF，得到了2.9W 的偏振激光输出。其纤芯大小为3×7μm2，双折射系数为1.4×10（-4）。同年，英国Strathclyde大学与丹麦Crystal Fibre A/S 公司合作，首次研制出具有高偏振输出的PCFL。由于采用了不对称半导体结构， 使该激光具有200:1 以上的线性偏振， 并获得3.7W 的输出功率。

　　2007 年，丹麦的Crystal fibre A/S 公司制备出双包层偏振保持Yb3 + 掺杂PCF （DC -200/70 -PM -Yb -ROD）。这种光纤能够做到偏振保持特性，并且其有效面积高达2000μm2， 大的有效面积保证光纤比较大的脉冲吸收，吸收系数为30dB/m，其外直径高达1.7mm，大的外径保证了光纤有一个比较大的芯， 也就不再受弯曲损耗的限制。

　　2008 年3 月，德国Jena 研究所与丹麦Crystal FibreA/S 公司合作报道了一种Yb3+掺杂单横模棒状PCF，这种光纤具有低非线性和内在偏振稳定的优势。基模模场面积高达2300μm2， 输出功率高达163W，在谐振腔没有任何附加偏振元件的条件下偏振度大于85％， 输出光束的质量M2＝1.2， 单横模窗口的范围是1030～1080nm， 与掺Yb3+硅光纤的增益轮廓能够很好的重叠， 这种用于偏振或偏振保持的稀土掺杂双包层光纤具有迄今最大的模场面积。

　　近几年，国外的大模面积双包层掺Yb3+PCFL 发展迅速，而国内PCF 激光器的研究刚刚起步，由于PCF研制技术等方面的限制， 目前国内只限于中低功率的PCF 激光器的研究。

2007 年，西安光机所和四川大学使用两根单模掺Yb3+光子晶体光纤PCF1 和PCF2 （纤芯直径为40μm，模场面积为1000μm2）作为增益，利用自成像谐振腔技术，获得了最大相干输出功率为95.8W，耦合效率为90.2％。

　　2008 年， 河北大学和南开大学利用纤芯直径23μm、内包层直径420μm 的掺Yb3+双包层PCF，基于利特罗装置中的闪耀光栅， 实现了波长范围为1035.425～1111.770nm 的可调谐输出。在不同的波长下，激光输出功率的平坦度为0.8dB。在12.11W 的最大泵浦功率下，可以得到输出功率为3.45W 的最大输出。

　　燕山大学红外光纤与传感研究所在国内率先进行了光子晶体光纤的研制， 已设计和制造过多种特异结构和集成式微结构光纤，见图2。目前，燕山大学与天津大学和郑州大学合作，正在进行“超大功率集成式多芯微结构光纤激光器的研究”，最终目标是完成一个可以输出千瓦级的高功率光纤激光系统。所制备的掺Yb3+双包层大模面积光子晶体光纤的纤芯掺杂Yb3+的浓度为2000～10000ppm。光纤的内包层分布着5～8 层空气孔，其直径d＝2～3μm，孔间距Λ＝7～13μm 之间。尽可能让零色散波长在泵浦波长处， 并且要设计包层中的光子带隙也有利于泵浦能量的利用。外包层为大空气孔，空气填充率超过95%，以增大和内包层的折射率差。最外层仍为玻璃材料，起支撑作用。采用此种双包层PCF 设计，可以保证多模大功率激光泵浦时能量集中在纤芯。纤芯的输出为高偏振光束，由于光束之间的互相耦合作用，使其相位保持相长相干状态，实现多光束相干输出，既具有优良光束质量，又可以很大的提高其输出功率。