光纖激光器由於(yu) 具有結構緊湊、效率高及光束質量好等優(you) 點, 成為(wei) 固體(ti) 激光器發展的熱點。而基於(yu) 光子晶體(ti) 光纖的光纖激光器因其具有超大的模麵積、寬帶單模傳(chuan) 輸、大幅度可調的色散特性等優(you) 點，也有著更為(wei) 廣闊的應用前景。從(cong) 2000 年首台光子晶體(ti) 光纖激光器問世到現在的短短幾年間， 各種類型的光子晶體(ti) 光纖激光器等紛紛湧現。其中, 由於(yu) 摻稀土元素大模麵積PCF 激光器解決(jue) 了普通光纖激光器在激光器高功率運轉時會(hui) 由於(yu) 纖芯能量過於(yu) 密集而出現一些非線性效應並會(hui) 導致光纖的損壞的問題而成為(wei) 研究的重要方向。

　　目前報導的摻雜大模麵積PCF 激光器主要有摻Yb3+、摻Nd3+和摻Er3+三種PCF 激光器。報導最多的是摻Yb3+PCF 激光器。

　　1 傳(chuan) 統摻Yb3+PCF 激光器

　　2000 年， 英國巴斯大學演示了一種摻Yb3+的PCFL，在730nm 波長以上具有GVD 的PCF 中首次獲得激光作用。該激光器具有大空氣孔和小芯徑的PCF，固體(ti) 纖芯直徑為(wei) 1.6μm，摻雜區直徑為(wei) 0.9μm；其激射閾值小於(yu) 10mW， 輸入功率330mW 時， 獲得14mW 的輸出功率。

　　2001 年Wadsworth 等人報導了第一台大模麵積摻Yb3+PCF 激光器。采用的泵浦光源為(wei) 波長915nm的鈦寶石激光器, 當泵浦光為(wei) 1.03W 時得到了波長1040nm 處315mW 的單模激光輸出。同年，Furusawa等人用波長966nm 的半導體(ti) 激光器泵浦一段長度約為(wei) 1m 的摻Yb3+PCF， 得到平均輸出功率為(wei) 17mW，脈寬約15ps， 斜率效率約75%， 波長調諧範圍從(cong) 1030～1050nm，譜寬為(wei) 0.1nm，實現了第一台摻Yb3+鎖模PCF激光器。

       2 摻Yb3+雙包層PCF 激光器

　　將光子晶體(ti) 光纖設計成雙包層結構， 可提高其對泵浦光的吸收。用厚度小於(yu) 傳(chuan) 輸波長的矽條在其內(nei) 包層周圍懸置矽網構成空氣包層， 可以大大提高內(nei) 包層的數值孔徑。大數值孔徑內(nei) 包層的PCF 可以較大地縮小內(nei) 包層直徑而維持對泵浦光的吸收不變。同時，通過提高纖芯與(yu) 內(nei) 包層的麵積比可以提高纖芯對泵浦光的吸收，並使PCF 的工作長度縮短。大模麵積的設計和有效縮短吸收長度可以大大減小光纖中的非線性效應，有利於(yu) 製作高功率PCF 激光器。

　　2003 年1 月，Wadsworth 等人報導了利用大模麵積空氣包層PCF 研製的高功率PCF 激光器，其結構為(wei) 雙程後向線性腔結構，最大輸出功率3.9W，斜率效率30%， 實現單橫模運轉。所采用的PCF 纖芯直徑為(wei) 15μm ， 內(nei) 包層數值孔徑大於(yu) 0.8。德國耶拿的Friedrich Schiller 大學和丹麥的Crystal Fiber 公司根據雙包層和大模場麵積設計製作出大功率摻Yb3+ PCFL。2.3m 長的空氣包層PCFL 實現了80W 輸出功率，斜效率為(wei) 78%。該雙包層由一個(ge) 具有六角形晶格的空氣孔內(nei) 泵浦芯包層和一個(ge) 390nm 厚、約50μm 長的SiO2橋形外包層薄板構成。為(wei) 了獲得三角形的28μm 大模場麵積纖芯， 在拉製光纖前插入了三根摻Yb3+的光纖棒。纖芯摻雜Al3+以增加Yb3+的溶解性，而且摻進了氟用來補償(chang) 摻雜Yb3+和A13+後纖芯折射率的增加， 使摻雜後纖芯折射率接近純矽。此外，具有類似結構的4m長PCFL 的輸出功率增長到260W，並有千瓦級的輸出潛力。

　　2004 年，英國SPI 製備雙端泵浦12m 長的雙包層光纖(內(nei) NA 低於(yu) 0.05，芯徑40μm)，輸出功率1.36kW，輸出激光波長在1.1μm，光束質量因子M2=1.4，光束質量接近衍射極限，斜率為(wei) 83%；丹麥Crystal Fibre 公司製備出基於(yu) 形狀雙折射原理研製的摻Yb3+雙包層偏振PCF，得到了2.9W 的偏振激光輸出。其纖芯大小為(wei) 3×7μm2，雙折射係數為(wei) 1.4×10（-4）。同年，英國Strathclyde大學與(yu) 丹麥Crystal Fibre A/S 公司合作，首次研製出具有高偏振輸出的PCFL。由於(yu) 采用了不對稱半導體(ti) 結構， 使該激光具有200:1 以上的線性偏振， 並獲得3.7W 的輸出功率。

　　2007 年，丹麥的Crystal fibre A/S 公司製備出雙包層偏振保持Yb3 + 摻雜PCF （DC -200/70 -PM -Yb -ROD）。這種光纖能夠做到偏振保持特性，並且其有效麵積高達2000μm2， 大的有效麵積保證光纖比較大的脈衝(chong) 吸收，吸收係數為(wei) 30dB/m，其外直徑高達1.7mm，大的外徑保證了光纖有一個(ge) 比較大的芯， 也就不再受彎曲損耗的限製。

　　2008 年3 月，德國Jena 研究所與(yu) 丹麥Crystal FibreA/S 公司合作報道了一種Yb3+摻雜單橫模棒狀PCF，這種光纖具有低非線性和內(nei) 在偏振穩定的優(you) 勢。基模模場麵積高達2300μm2， 輸出功率高達163W，在諧振腔沒有任何附加偏振元件的條件下偏振度大於(yu) 85％， 輸出光束的質量M2＝1.2， 單橫模窗口的範圍是1030～1080nm， 與(yu) 摻Yb3+矽光纖的增益輪廓能夠很好的重疊， 這種用於(yu) 偏振或偏振保持的稀土摻雜雙包層光纖具有迄今最大的模場麵積。

　　近幾年，國外的大模麵積雙包層摻Yb3+PCFL 發展迅速，而國內(nei) PCF 激光器的研究剛剛起步，由於(yu) PCF研製技術等方麵的限製， 目前國內(nei) 隻限於(yu) 中低功率的PCF 激光器的研究。

       2007 年，西安光機所和四川大學使用兩(liang) 根單模摻Yb3+光子晶體(ti) 光纖PCF1 和PCF2 （纖芯直徑為(wei) 40μm，模場麵積為(wei) 1000μm2）作為(wei) 增益，利用自成像諧振腔技術，獲得了最大相幹輸出功率為(wei) 95.8W，耦合效率為(wei) 90.2％。

　　2008 年， 河北大學和南開大學利用纖芯直徑23μm、內(nei) 包層直徑420μm 的摻Yb3+雙包層PCF，基於(yu) 利特羅裝置中的閃耀光柵， 實現了波長範圍為(wei) 1035.425～1111.770nm 的可調諧輸出。在不同的波長下，激光輸出功率的平坦度為(wei) 0.8dB。在12.11W 的最大泵浦功率下，可以得到輸出功率為(wei) 3.45W 的最大輸出。

　　燕山大學紅外光纖與(yu) 傳(chuan) 感研究所在國內(nei) 率先進行了光子晶體(ti) 光纖的研製， 已設計和製造過多種特異結構和集成式微結構光纖，見圖2。目前，燕山大學與(yu) 天津大學和鄭州大學合作，正在進行“超大功率集成式多芯微結構光纖激光器的研究”，最終目標是完成一個(ge) 可以輸出千瓦級的高功率光纖激光係統。所製備的摻Yb3+雙包層大模麵積光子晶體(ti) 光纖的纖芯摻雜Yb3+的濃度為(wei) 2000～10000ppm。光纖的內(nei) 包層分布著5～8 層空氣孔，其直徑d＝2～3μm，孔間距Λ＝7～13μm 之間。盡可能讓零色散波長在泵浦波長處， 並且要設計包層中的光子帶隙也有利於(yu) 泵浦能量的利用。外包層為(wei) 大空氣孔，空氣填充率超過95%，以增大和內(nei) 包層的折射率差。最外層仍為(wei) 玻璃材料，起支撐作用。采用此種雙包層PCF 設計，可以保證多模大功率激光泵浦時能量集中在纖芯。纖芯的輸出為(wei) 高偏振光束，由於(yu) 光束之間的互相耦合作用，使其相位保持相長相幹狀態，實現多光束相幹輸出，既具有優(you) 良光束質量，又可以很大的提高其輸出功率。