以激發態銩離子被動式Q-開關摻鐿光纖雷射之最佳化研究

本計畫提案的目的是研製出一個高效率的被動式Q-switched 銩-鐿全光纖脈衝雷射。此計畫的動機是延續計畫提案人近期的一項研究成果，該研究驗證了摻銩光纖的激發態3F4可以全波段 (1.0-1.15 micron) Q-switch摻鐿光纖雷射。相關成果已發表於OPTICS LETTERS。然而，我們初期的研究亦發現Q-switched 銩-鐿全光纖脈衝雷射容易產生多峰脈衝波形。在發表的論文中，我們推測並將之歸因於摻銩光纖基態群數所造成的脈衝擾動。銩Tm3+原子具有數個能隙相近的能階，這些能階有不同的吸收輻射截面和弛豫時間，皆有可能會對Q-switching 的機制產生影響。在計畫初期，更深入的理論建模和數值模擬有助於釐清各個能階對於Q-switching效率和脈衝波形的影響，並進而最佳化系統輸出。在建構理論模擬後，本計畫會研製出一個高效率銩-鐿全光纖脈衝雷射，目標是以50W幫浦功率，產生10W平均輸出功率，脈衝瞬間功率峰值為1kW。目前文獻中可以用以Q-switch摻鐿光纖雷射的異質光纖材料有 Tm, Sm, Bi, Ho。這些可飽和吸收光纖中，摻銩光纖為最容易取得，此全光纖被動式銩-鐿光纖脈衝雷射系統也最具競爭優勢，因此深入研究有其價值和必要性。