Ukrainian Journal of Physical Optics 
Home page
 
 

Other articles 

in this issue
Double-clad thulium/ytterbium co-doped octagonal-shaped fibre for fibre laser applications

Babar I. M., Sabran M. B. S., Jusoh Z., Ahmad H., Harun S. W., Halder A., Paul M. C., Das S. and Bhadra S. K. 

Download this article

Abstract. We investigate the lasing performance of a new double-clad thulium/ytterbium co-doped octagonal-shaped fibre, basing on a cladding pump technique. The fibre is fabricated with the aid of a modified chemical vapour deposition combined with a solution doping technique. It is characterized by the Tm3+- and Yb3+-cladding absorptions equal to 0.325 and 3.3 dB/m respectively at 790 and 976 nm. A triple-wavelength fibre laser operating at 1914.5, 1934.7 and 1953.6 nm is built that uses a 5 m long fibre in a ring configuration as a gain medium. With the fibre as long as 15 m, the ring laser produces the highest output power of 21.9 mW at the pump power of 3600 mW, with the lowest threshold pump power being equal to 1000 mW. When operating at 1961.4 nm, the maximal efficiency of 0.88 per cent is achieved for the gain medium length fixed at 10 m. We also demonstrate a Q-switched thulium/ytterbium-doped fibre laser that operates at 1977.5 nm and utilizes multi-walled carbon nanotubes as a gain medium. By varying the multimode 905 nm pump power from 1591.3 to 2261.5 mW, one can increase the pulse repetition rate from 18.8 to 50.6 kHz, while the pulse width then decreases from 8.6 to 1.0 µs. The maximum pulse energy 5.71 nJ is obtained at the pump power 2100 mW.

Keywords: 2 μm Q-switched fibre lasers, thulium/ytterbium co-doped fibres, multi-walled carbon nanotubes, saturable absorbers

PACS: 42.60.Da, 42.55.Wd 
UDC: 621.375.826+615.849.19+681.7.068
Ukr. J. Phys. Opt. 15 173-183
doi: 10.3116/16091833/15/4/173/2014

Received: 28.08.2014

Анотація. Ми дослідили характеристики лазерного випромінювання тулій/ітербієвого, спів–легованого волокна з восмикутним перетином та з подвійною оболонкою через яку здійснювалось нагнітання. Волокно виготовлялось методом модифікованого хімічно нанесення з парової фази, комбінованого з легуванням розчину. Воно характеризується поглинанням оболонки, спричиненим атомами Tm3+ і Yb3+, яке дорівнює 0,325 та 3,3 дБ/м, відповідно при 790 і 976 нм. Волоконний лазер, який функціонував на трьох довжинах хвиль випромінювання 1914,5, 1934,7 і 1953,6 нм був сконструйований з використанням волокна довжиною 5 м в кільцевій конфігурації. При довжині волокна 15 м у кільцевому лазері досягалось найвище значення вихідної потужності 21.9 мВт при потужності нагнітання 3600 мВт і найнижчий порогом нагнітання – 1000 мВт. При випромінювання на довжині хвилі 1961,4 нм досягалась максимальна ефективність генерації рівна 0,88% для довжини підсилюючого середовища 10 м. Крім цього, було досліджено роботу тулій/ітербієвого волоконного лазера з модуляцією добротності та багатостінковими вуглецевими нанотрубками, який випромінював на довжині хвилі 1977,5 нм. Встановлено, що зі зміною потужності випромінювання нагнітання з довжиною хвилі 905 нм з 1591,3 до 2261,5 мВт підвищується частота імпульсів з 18,8 до 50,6 кГц та зменшується тривалість імпульсів з 8,6 до 1,0 мкс. Максимальна енергія імпульсів, рівна 5,71 нДж, отримана при потужності нагнітання 2100 мВт
REFERENCES
  1. Clarkson W A, Barnes N. P, Turner P. W, Nilsson J and Hanna D C, 2002. High-power cladding-pumped Tm-doped silica fiber laser with wavelength tuning from 1860 to 2090 nm. Opt. Lett. 27: 1989–1991. doi:10.1364/OL.27.001989
  2. Zen D I M, Saidin N, Damanhuri S S A, Harun S W, Ahmad H, Ismail M A, Dimyati K, Halder A, Paul M C, Das S, Pal M and Bhadra S K, 2013. Mode-locked thulium–bismuth codoped fiber laser using graphene saturable absorber in ring cavity. Appl. Opt. 52: 1226–1229. doi:10.1364/AO.52.001226
  3. Eichhorn M, 2010. Pulsed 2 µm fiber lasers for direct and pumping applications in defense and security. Proc. SPIE 7836, Technol. for Opt. Countermeasures VII. 78360B (to be published).
  4. Theisen-Kunde D, Tedsen S, Herrmann K, Danckie V, and Brinkmann R, 2007. Partial kidney resection based on 1.94µm fiber laser system. Proc. SPIE, Biomedical Opt. 6632: 663205.
  5. Baudelet M, Willis C C C, Shah L and Richardson M, 2010. Laser-induced breakdown spectroscopy of copper with a 2 µm thulium fiber laser. Opt. Express. 18: 7905–7910. doi:10.1364/OE.18.007905
  6. Pierce MC, Jackson S D, Dickinson MR and King TA, 1999. Laser–tissue interaction with a high-power 2-μm fiber laser: Preliminary studies with soft tissue. Laser Surg. Med. 25: 407–413. doi:10.1002/(SICI)1096-9101(1999)25:5<407::AID-LSM7>3.0.CO;2-9
  7. Opsommer E, Weiss T, Miltner W H R and Plaghki L, 2001. Scalp topography of ultralate (C-fibres) evoked potentials following thulium YAG laser stimuli to tiny skin surface areas in humans. Clin. Neurophysiol. 112: 1868–1874. doi:10.1016/S1388-2457(01)00622-8
  8. El-Sherif A F and King T A, 2003. Soft and hard tissue ablation with short-pulse high peak power and continu-ous thulium-silica fibre lasers. Lasers Med. Sci. 18: 139–147. doi:10.1007/s10103-003-0267-5
  9. Jackson S D, 2004. Cross relaxation and energy transfer upconversion processes relevant to the functioning of 2 μm Tm3+-doped silica fibre lasers. Opt. Commun. 230: 197–203. doi:10.1016/j.optcom.2003.11.045
  10. Halder A, Paul MC, Damanhuri SSA, Huri NAD, Hamzah A, Harun SW, Ahmad H, Das S, Pal M and Bhadra SK, 2012. Upconversion luminescence in Tm3+/Yb3+ co-doped double-clad silica fibers under 980 nm cladding pumping. J. Mod. Opt. 59: 527–532. http://dx.doi.org/10.1080/09500340.2011.636154
  11. Harun S W, Saidin N, Damanhuri S S A, Ahmad H, Halder A, Paul M C, Das S, Pal M and Bhadra S K, 2012. Fiber laser at 2 micron region using double-clad thulium/ytterbium co-doped yttria-alumino-silicate fiber. Laser Phys. Lett. 9: 50–53. doi:10.1002/lapl.201110084
  12. Anyi C L, Ali N M, Rahman A A, Harun S W and Arof H, 2013. Multi-wavelength Q-switched erbium-doped fibre laser using saturable absorber based on carbon nanotube film. Ukr. J. Phys. Opt. 14: 212–218. doi:10.3116/16091833/14/4/212/2013
  13. Harun S W, Ismail M A, Ahmad F, Ismail M F, Nor R M, Zulkepely N R and Ahmad H, 2012. A Q-switched erbium-doped fiber laser with a carbon nanotube based saturable absorber. Chinese Phys. Lett. 29: 114202. doi:10.1088/0256-307X/29/11/114202
  14. Kivisto S, Koskinen R, Paajaste J, Jackson S D, Guina M and Okhotnikov O G, 2008. Passively Q-switched Tm3+, Ho3+-doped silica fiber laser using a highly nonlinear saturable absorber and dynamic gain pulse com-pression. Opt. Express. 16: 22058–22063. doi:10.1364/OE.16.022058
  15. Qamar F Z and King T A, 2005. Passive Q-switching of the Tm-silica fiber laser near 2 μm by Cr2+:ZnSe satur-able absorber crystal. Opt. Commun. 248: 501–505. doi:10.1016/j.optcom.2004.12.032
  16. Tang Y, Yang Y, Xu J and Hang Y, 2008. Passive Q-switching of short-length Tm3+-doped silica fiber lasers by polycrystalline Cr2+:ZnSe microchips. Opt. Commun. 281: 5588–5591. doi:10.1016/j.optcom.2008.07.069
  17. Chernysheva M A, Krylov A A, Arutyunyan N R, Pozharov A S, Obraztsova E D and Dianov E M, 2014. SESAM and SWCNT mode-locked all-fiber thulium-doped lasers based on the nonlinear amplifying loop mir-ror. IEEE J. Selected Topics in Quant. Electron. 22: 1101208.
  18. Wang Q, Teng H, Zou Y, Zhang Z, Li D, Wang R, Gao C, Lin J, Guo L and Wei Z, 2012. Graphene on SiC as a Q-switcher for a 2 μm laser. Opt. Lett. 37: 395–397. doi:10.1364/OL.37.000395
  19. Lin X C, Zhang L, Tsang Y H, Wang Y G, Yu H J, Yan S L, Sun W, Yang Y Y, Han Z and Hou W, 2013. Multi-walled carbon nanotubes as a saturable absorber for a passively mode-locked Nd:YVO4 laser. Laser Phys. Lett. 10: 055805. doi:10.1088/1612-2011/10/5/055805
  20. Kukovecz Á., Kozma G and Kónya Z. Multi-walled carbon nanotubes, Ch. 5. In Springer handbook of nanoma-terials. Ed. by R. Vajtai. Berlin–Heidelberg: Springer-Verlag (2013). doi:10.1007/978-3-642-20595-8_5
(c) Ukrainian Journal of Physical Optics