单频光纤激光器因其具有线宽窄、相干性高、噪声低而被广泛应用于激光雷达、高功率相干光合束、光频梳的产生以及非线性频率转换等领域。近日，上海大学通信学院特种光纤重点实验室文建湘教授利用实验室制备的高增益Yb：YAG晶体衍生光纤通过线性腔和环形腔两种方式均实现了高质量单频激光输出。该成果以题为“Over 255 mW single-frequency fiber laser with high slope efficiency and power stability based on an ultrashort Yb-doped crystal-derived silica fiber”发表在SCI一区期刊《Photonics Research》上。上海大学通信学院博士研究生万英为论文第一作者，通信作者为文建湘教授。

本课题组利用熔芯法在实验室自行研制的CO₂激光加热拉丝塔上，成功拉制Yb掺杂浓度为5.66 wt%的Yb：YAG晶体衍生光纤。利用0.7 cm长的光纤在DBR线性腔中实现了高功率、高效率的单纵模激光输出，最大输出功率达到了258mW，其长时功率波动小于0.85%，斜率效率高达35%，光束质量因子为1.016，激光器线宽小于180 kHz。

图1 DBR光纤激光器的系统图

图2基于Yb: YAG晶体衍生光纤的单频光纤激光器的斜率效率和输出光谱

实验中，从优化增益光纤的角度，明显提高单偏光纤激光器的输出性能，此成果是现阶段基于高掺杂光纤实现单频激光器中输出的最高功率。

论文链接：https://doi.org/10.1364/PRJ.419178.

同时，本课题组还利用环形腔的结构实现了窄线宽、低噪声的单频光纤激光器。该文章题为“Over 100 mW stable low-noise single-frequency ring-cavity fiber laser based on a saturable absorber of Bi/Er/Yb co-doped silica fiber”。利用高增益的Yb: YAG晶体衍生光纤作为增益介质，利用实验室研制的Bi/Er/Yb共掺光纤作为可饱和吸收体，形成超窄带诱导光栅，从而实现单纵模激光输出。

图3环形腔的单频光纤激光器的原理图

图4环形腔单频光纤激光器的线宽和相对强度噪声

该环形腔激光器最大输出功率达到103mW，其强度噪声低于-142 dB/Hz，线宽小于7.5kHz，并且具有良好的单纵模和功率稳定性输出。此工作为优化其他波段的环型腔单频光纤激光器提供了新思路。

论文链接：https://ieeexplore.ieee.org/document/9599569.

下一步，本课题组将进一步的将单频光纤激光器的工作波长扩展到1.5至2.0微米，并搭建高稳定性单频光纤激光器的产品样机，从而解决实际应用中具有高输出功率、高稳定性、单频窄线宽的光纤激光输出瓶颈。研究工作得到了国家科技部重点专项、国家自然科学基金与上海市科委项目资助。