实验与结果 

氟碲酸盐光纤纤芯和包层材料分别选用70TeO₂-20BaF2-10Y2O3(70TBY)和65TeO2-25BaF2-10Y2O3(65TBY)玻璃，具有0.4~6.0μm的宽带透射窗口和高的非线性。

图1中光纤呈阶梯折射率结构，纤芯直径约为14μm，在2μm处的数值孔径NA约为0.28，零色散波长(ZDW)位于1994nm。在2μm处传输损耗为~ 0.09dB/m。利用氟碲酸盐玻璃的非线性折射率为3.5×10^?19m²/W，计算出光纤2μm处的非线性系数约为11.5/km.W。

在全光纤中红外SC激光源系统中，采用倾斜熔接的方法减小了氟碲酸盐-硅光纤接头的反射。使用的氟碲酸盐光纤包层直径为220μm，使用的二氧化硅光纤芯/包层直径为10/130μm，芯NA为0.15。采用CO₂激光光纤熔接加工工作站(Fujikura, LZM-100)将氟碲酸盐光纤与二氧化硅光纤熔接在一起。在熔接前对二氧化硅纤维进行了特殊制备。首先，使用光纤切割刀(Fujikura, CT106)在7℃温度下对二氧化硅纤维进行清洗和切割。然后将氟碲酸盐和二氧化硅光纤分别放入CO₂激光光纤熔接加工工作站进行熔接。通过调整CO₂激光器的功率，将光纤端和拼接重叠量分别设置为5μm和15μm，对接头参数进行了优化。加热器位于氟碲酸盐光纤侧面。当氟碲酸盐光纤端的温度超过氟碲酸盐玻璃的转化温度Tg时，两根光纤立即相互推动并融合在一起。最后，将熔接点周围的温度保持在氟碲酸盐纤维的Tg值660ms，然后逐渐冷却到室温，以增强熔接点的强度。

图2为熔接前后二氧化硅与氟碲酸盐光纤熔点的显微镜照片。由于石英光纤的T_g较大，熔接氟碲酸盐光纤包裹在未熔接的石英光纤上并保持连接倾斜，这是防止两根光纤之间菲涅耳反射的危害。利用2um连续光纤激光器对熔接结果进行了测试。约90%的发射光从48cm氟碲光纤输出，在考虑光纤传播损耗0.09dB/m和模式失配损耗0.104dB后，对应于熔接损耗约0.31dB。重复了6次熔接过程，在2um处，相应的损耗分别约为0.28、0.36、0.40、0.28、0.32和0.31 dB。

▲图3

图3为全光纤中红外SC激光源的实验设置。整个SC激光器由高功率掺Tm³⁺光纤放大器(TDFA)作为泵浦激光器和一段48cm长的氟碲酸盐光纤作为非线性介质组成，其宽带输出光谱范围为1.9~2.5μm。泵浦激光器采用2um拉曼孤子光纤激光器(重复频率:50MHz)，最大可用输出功率为80W。

▲图4

图4显示了最大功率时TDFA的输出光谱。TDFA的尾纤是一根2m长的无源双包层石英光纤，芯/包层直径为10/130μm，有效芯/包层NA为0.15/0.46。采用上述方法将氟碲酸盐纤维倾斜熔接到TDFA的尾纤上，并将接头置于12℃水冷的铝板上，以实现高效散热。氟碲酸盐纤维的输出端呈斜角。使用测量范围为1200~2400nm或1900~5500nm(Yokogawa, AQ6375或AQ6377)的光谱分析仪监测输出信号。用功率计测量了中红外SC激光源的输出功率。

▲图5

图5显示了上述氟碲酸盐光纤在不同输出功率下生成的SC激光器的光谱演变。随着平均泵浦功率增加到23W，产生的SC激光器的平均输出功率逐渐增加到17W，泵浦光周围出现较大的光谱展宽，在2260nm处出现一个发射峰。由于泵浦激光器的峰值波长位于上述氟碲酸盐光纤的反常色散区，因此发射的平均泵浦功率≥23W时，光谱加宽的机制为自相位调制、受激拉曼散射、高阶孤子压缩、孤子裂变、拉曼孤子自频移和蓝移色散波的产生。1655nm处的发射峰属于蓝移色散波，随着平均泵浦功率进一步增加到73.35W, SC光谱的短波长边缘扩展到1.22μm。2260nm处的发射峰是受激拉曼散射引起的，红移侧光谱的进一步展宽是拉曼孤子自频移引起的。最后，SC光谱的长波边扩展到3.74μm，平均功率50.22W。忽略2μm附近的泵浦峰，生成的SC激光器的10db带宽为1824nm，对应的光谱范围为1404~3228nm。

图6显示了氟碲酸盐光纤中生成SC激光器的平均输出功率与泵浦激光器发射的平均功率的关系，相应的光-光转换效率约为68.47%。

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