光纤激光器由于其光束质量好、效率⾼、体积⼩、⽆⽔冷、可实现全纤化结构等优点，以及其在光通信、光传感、激光加⼯、医疗等领域的⼴泛应⽤，使其近⼏年来发展⼗分迅速。
与其他掺杂光纤激光器相⽐，掺镱光纤激光器不存在激发态吸收、浓度淬灭效应、多声⼦跃迁等激发过程，是⽬前国际上激光技术研究热点之⼀。
在掺镱光纤激光器中，980 nm波段很吸引⼈。
⾸先，980 nm激光器是掺铒、掺镱光纤激光器和放⼤器的重要抽运源； 其次，980 nm波段激光通过晶体倍频可以获得480~490 nm蓝绿光输出，是现有的半导体蓝光激光器、氩离⼦激光器很好的替代品，是蓝绿光源发展的新趋势。
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本⽂从三种⼯作模式（连续光纤振荡器、脉冲光纤振荡器、光纤放⼤器）出发，对国内外980 nm波段光纤激光器相关研究成果进⾏综述，简单介绍其实验进展，并对980 nm 光纤激光器的发展进⾏了展望。
980 nm掺镱光纤激光器需解决的关键性问题
图1 ⽯英基质中Yb3+能级结构以及其吸收发射截⾯图
由镱离⼦的能级结构分布及其发射谱的两个发射峰可知，其激发可产⽣980 nm波段的三能级系统和波长范围1010-1080 nm的四能级系统，如图1所⽰。
若要使掺镱光纤激光器运转在三能级系统，则需激励⼤约50%镱离⼦到上能级实现粒⼦数反转；⽽运转在四能级系统时，只需要抽运5%镱离⼦到上能级，就可以实现激光输出，可以看出其抽运阈值要远⼩于980 nm波段抽运阈值。其次，由于掺镱光纤中的镱离⼦在980 nm波段不仅有很⾼的发射峰⽽且有⾼的吸收峰，所以由三能级产⽣的980 nm激光可作为四能级系统的抽运光源⽽被吸收。为了解决这两⼤问题，除了使⽤⾼功率、⾼亮度的抽运光源外，还需要选择合适参数的增益光纤，来获得更⾼功率980 nm光纤激光器。 980 nm掺镱光纤激光器研究进展概况
从20世纪90年代开始，国内外就有科研组对980 nm掺镱光纤激光器进⾏了深⼊研究，到现在为⽌已经有了⼀定的进展和突破。980 nm光纤激光器按照⼯作模式可分为以下⼏类：980 nm连续光纤振荡器、980 nm脉冲光纤振荡器、980 nm 光纤放⼤器。
980 nm连续光纤振荡器
对于980 nm掺镱光纤激光器的报道，常见的是以连续⽅式⼯作的980 nm光纤激光器。2000年，康宁公司L.A.Zenteno 等⼈采⽤了1.1 W的946 nm Nd:YAG固体激光器抽运CS980单模光纤，获得最⼤输出功率655 mW，979.8 nm单模激光输出。虽然单模光纤输出光束近衍射极限，其纤芯直径特别⼩，⼀般的抽运光很难注⼊到纤芯中，导致抽运光吸收效率极低，所以初期的980 nm光纤激光器输出功率还只是毫⽡量级。
后来出现双包层光纤，抽运光源也发展使⽤半导体激光器（LD），⼤⼤提⾼了激光器的输出功率。为了保证光纤激光器中更多的抽运光可以被增益光纤所吸收，⼀些单位也开始研制并使⽤超⼤芯径的光⼦晶体光纤（PCF）作为增益介质，在提⾼数值孔径和⼤模场⾯积的同时，⼜保证了单模输出，能够承受更⾼功率的抽运光源，更加适合⾼功率光纤激光器的发展。
2008年，德国耶拿⼤学利⽤⾼功率915 nm LD抽运1.2 m⼤模场棒状掺镱PCF，获得输出功率94 W的980 nm连续激光，如图2所⽰。这是迄今为⽌获得980 nm掺镱光纤振荡器的最⾼输出功率。
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图2 980 nm激光器实验装置图
国内对980 nm连续光纤激光器的研究⽐较晚，主要研究机构有北京⼯业⼤学、国防科学技术⼤学等单位。
2011年，北京⼯业⼤学本课题组采⽤30 W的915 nm LD抽运内包层直径分别为170 µm和200 µm掺镱PCF，获得输出功率分别为1.24 W和1.1 W的980 nm连续激光。
2013年，国防科学技术⼤学采⽤24.5 W的915 nm LD抽运双包层掺镱光纤，最终获得1.73 W的977.4 nm激光输出，如图3所⽰。⾼功率抽运激光器以及⼤芯包⽐的增益光纤更加有利于获得980 nm激光输出。
图3 980 nm全光纤激光器实验图
2015年，中国⼯程物理研究院利⽤双包层掺镱光纤作为增益介质，获得最⼤输出功率16.7 W的981.7 nm激光。
通过上述⼯作我们发现在掺镱光纤中，可以通过选择合适长度、合适芯包⽐的增益光纤来实现有效的抑制四能级起振，保证三能级正常运转。⽽且随着光纤耦合输出的抽运激光器、光纤光栅、带通滤波器等实验器件的出现，使980 nm连续光纤激光器结构实现了全纤化结构，但是国内在连续980 nm光纤振荡器⽅⾯输出功率还是⽐较低，更好地提⾼激光输出功率是在以后发展中需要关注的问题。
980 nm脉冲光纤振荡器
与连续光纤激光器相⽐较，脉冲光纤激光器能将振荡腔内存储的能量在很短的时间内释放出来，在⽣物成像、⾼速光纤通信、微机械加⼯等领域更能满⾜实际应⽤的需求。其中调Q和锁模是得到980 nm脉冲激光两种最常⽤的技术。 原绿球藻调Q技术也叫作Q开关技术，是⼀种获得⾼峰值功率、窄脉宽激光脉冲的技术，通常可以将脉冲宽度压缩⾄纳秒量级，峰值功率可达到106W以上。锁模作为⼀种新的压缩脉宽的途径，⼜被称为超短脉冲技术，通常可以将激光输出脉冲的宽度压缩⾄⽪秒甚⾄飞秒量级，峰值功率可达到1012W 以上。
按照⼯作原理，锁模分为主动锁模、被动锁模等多种形式。近年来，采⽤被动锁模技术研发的光纤激光器因为价格低廉、结构紧凑等优势，性能也可以和固体激光器相媲美，在⽪秒级和飞秒级光源上都得到了⼴泛的应⽤。
⾃1986年Alcock等⾸次将调Q技术应⽤到光纤激光器以来，调Q光纤激光器就引起了⼴泛关注。国内外对980 nm调Q光纤激光器的报道⽐较少，⽽国内对此⽅向的研究则出现较晚。
次氯酸钠发生器2013年，中科院上海光机所使⽤60 W的915 nm LD抽运⾮保偏⼤模场掺镱双包层棒状PCF，通过控制Q开关，获得稳定978 nm脉冲序列，其中脉宽9 ns，单脉冲能量120 µJ，峰值功率130 kW，如图4所⽰。该实验装置中采⽤后向抽运⽅式，改变增益光纤反转粒⼦数分布，提⾼978 nm增益，达到抑制四能级寄⽣振荡的⽬的。
图4 978 nm短脉冲调Q光纤振荡器实验装置图
光纤激光器中形成锁模的⽅式很多，可以通过在谐振腔内插⼊半导体可饱和吸收体，或者利⽤光纤本⾝的特性来实现锁模输出。
2011年，法国波尔多⼤学科研组J Lhermite等⼈报道了500 nJ的全正⾊散976 nm光纤振荡器，实验中利⽤半导体可饱和吸收镜（SESAM）实现锁模输出，如图5所⽰，最⼤平均输出功率为4.2 W，脉冲宽度24 ps。
图5 976 nm锁模光纤激光器⽰意图
上述报道的980 nm波段锁模光纤激光器，系统是空间结构，耦合效率低，结构稳定性不好，会对激光器输出指标有限制。为了确保系统稳定运⾏，器件间的连接⽅式最好是通过光纤熔接来实现的。相较之下，全光纤锁模振荡器会解决这些问题，提⾼系统的稳定性，更加适合实际的应⽤需求。
2014年，北京⼯业⼤学本课题组报道了⼀台980 nm全光纤NPR锁模掺镱光纤振荡器，如图6所⽰，最终获得平均输出功率26.1 mW，脉冲宽度159.48 ps，单脉冲能量1.28 nJ。
图6 980 nm全光纤锁模激光器
980 nm光纤放⼤器
ddk在激光应⽤的某些领域中，需要⾼功率、⾼能量的激光，只靠振荡器来实现是有⼀定困难的。尽管通过脉冲激光器可获得⾼峰值功率，也未必可以满⾜实际应⽤需求。⼀种简单的⽅法就是采⽤光纤放⼤器来实现⾼脉冲能量、⾼功率激光输出。
在连续光纤放⼤器中，国内外的研究机构分别使⽤不同种类的增益光纤，系统结构也从初期的空间耦
合结构发展到后来的全光纤结构，虽然平均输出功率现在还达不到⾼功率，但是随着种⼦光源和抽运光源功率的提⾼，以及其他光纤器件的发展，以后会获得更⾼功率连续980 nm光纤放⼤器。
2004年，英国南安普顿⼤学DBS Soh等⼈⾸次报道980nm掺镱光纤放⼤器，应⽤主振荡放⼤（MOPA）技术后获得4.3
2004年，英国南安普顿⼤学DBS Soh等⼈⾸次报道980nm掺镱光纤放⼤器，应⽤主振荡放⼤（MOPA）技术后获得4.3 W 977 nm连续激光，线宽0.2 nm。国内对980 nm光纤放⼤器也有⼀定的研究。2014年，国防科技⼤学⾸次报道980 nm全光纤掺镱双包层光纤放⼤器，最⼤输出功率为6.22 W。
在980 nm脉冲光纤放⼤器⽅⾯，2011年，法国波尔多⼤学Guillaume Machinet等⼈，以⼀个脉宽2 ps，单脉冲能量10 nJ的全正⾊散976 nm被动锁模光纤振荡器作为种⼦源，经放⼤后获得激光脉冲的平均输出功率为40 W，峰值功率640 kW，单脉冲能量1 µJ，脉冲宽度1.56 ps。
国内对980 nm脉冲光纤放⼤器研究相对较少。2016年，本课题组报道了980 nm全光纤SESAM锁模放⼤器，采⽤两级MOPA放⼤机制后，获得最⼤输出功率为740 mW，重频200 ps，线宽0.29 nm。
高清论坛结语
980 nm光纤激光器要⾛向实⽤化，还⾯临着光纤制备⼯艺提⾼、抽运功率提升、实现全纤化结构等⽅⾯的挑战。对于980 nm脉冲光纤激光器，新兴的⼆维新材料（拓扑绝缘体、⽯墨烯、⼆硫化钼等）已经在其他波段实现稳定锁模，希望以后也能在980 nm波段获得更好的成果。
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