1 引言

　　光纤构型的激光介质具有大的体面积，有利于介质散热，具有近衍射极限的光束质量，可实现全光纤化设计，系统结构简单，转换效率高，具有小型化、轻量化优势，易于满足工业加工、医疗应用需求。随着双包层掺镱光纤和半导体激光器(LD)的发展，光纤激光器的输出功率得到了迅速的提高。对于1070 nm 波段的掺镱光纤激光器，目前通用的抽运源为915 nm 或976 nm 波段的半导体激光器(LD)。然而LD 的亮度不高，且915 nm或976 nm激光抽运掺镱光纤时具有较高的量子亏损，导致其热效应非常严重。相对于LD，1018 nm光纤激光具有极高的亮度，作为掺镱光纤抽运源可极大提升注入抽运功率水平以及改善增益光纤的热效应。2009 年，IPG 公司采用多路1018 nm 光纤激光抽运掺镱光纤实现了单纤单模万瓦输出。掺镱光纤在1018 nm 波段的发射截面很小，在1018 nm 实现激光输出时自发辐射(ASE)会比较严重，且容易出现其他波段的自激现象，因此，这方面报道的文章并不是很多。虽然在2009 年IPG 公司就实现了270W 的1018nm 激光输出，但未进行公开报道。在国内，2011 年，Li 等报道了7.5 W 的1018 nm 光纤激光器， 斜率效率约为16%。2013 年，王一礡等采用15/130 μm 的双包层掺镱光纤获得了22.8 W 的1018 nm 光纤激光，光光转换效率为62.8%。2013年，Xiao等采用30/250 μm 的双包层掺镱光纤实现了309 W 的1018 nm 激光输出。

　　本文实验研究了增益光纤长度、光纤布拉格光栅的反射率以及增益光纤的芯包比等参数对1018 nm 激光性能的影响，并基于15/130 μm 的国产双包层掺镱光纤，获得了155 W 的1018 nm 激光输出，光光转换效率为71%。

　　2 实验原理及装置

　　1018 nm 激光实验系统结构如图1 所示，整个系统采用全光纤结构，采用一对光纤布拉格光栅作为谐振腔振荡，抽运源采用976 nm 的LD，采用光纤合束器将抽运光耦合至增益光纤。光纤布拉格光栅中心波长位于1018 nm，高反光栅(HR)反射率大于99%，低反光栅(OC)反射率为10%或16%。增益光纤采用Nufern 公司10/130 μm 和国产15/130 μm 双包层掺镱光纤(YDF)，纤芯/包层数值孔径均为0.07/0.46。包层模剥离器(CPS)用来剥离剩余的抽运光。输出端切8°角用来防止端面的回光。

　　3 实验结果与讨论

　　3.1 增益光纤长度对1018 nm 激光性能的影响

　　实验中，采用纤芯/包层直径大小为10/130 μm 的双包层掺镱光纤(YDF1)作为增益介质，利用一对中心波长位于1018 nm，反射率分别为99%和10%的光纤布拉格光栅作为谐振腔，将抽运光注入增益光纤后测试了YDF1在不同长度下的光谱特性，1018 nm 光纤激光器在不同YDF1长度下的输出光谱如图2所示。从图2(a)中可以看出，当YDF1长度为8 m 时，掺镱光纤未实现1018 nm 激光输出，且在1050~1070 nm 存在两个自激振荡峰。将YDF1 长度减短至3 m 后，从图2(b)中可以明显的看出，在1018 nm 激光输出的同时，1033 nm 波段也有自激振荡产生。从图2(c)中可以看出，当YDF1长度为2 m 时，在获得1018 nm 激光的同时自激振荡也得到了有效的抑制。

　　以上现象可以这样解释：对于石英基掺镱光纤，一般来说，Yb3+的发射峰值位于1030 nm 左右，而Yb3+在1018 nm 波段的吸收截面要远远高于1030~1070 nm。因此，1018 nm 波段的小信号增益要远远低于1030~1070 nm 波段，虽然在实验中采用了一对中心波长位于1018 nm 的光纤布拉格光栅作为谐振腔，即使光纤布拉格光栅在1030~1070 nm 波段没有反射，但是由于光纤端面或熔接点处会存在菲涅耳反射和瑞利散射，如果光纤长度过长，自发辐射增益增强，1018 nm 激光与自发辐射在增益竞争中会处于不利的地位。所以在实验中当YDF1 长度过长时只有自激振荡输出而没有1018 nm 激光输出，当YDF1 光纤长度缩短后获得了1018 nm 激光输出。实验结果表明，对于双包层掺镱光纤，可通过减小光纤长度使短波长激光获得更大增益，进而获得1018 nm 激光输出。