Mid Sweden University

A fiber laser is a laser that uses optical fibers as its gain medium. These laser-active optical fibers are doped with rare-earth ions with energy levels suitable for laser use. A problem that occurs when using ytterbium-doped fiber lasers is that they lose efficiency over time to a mechanism called photodarkening. Photodarkening occurs because the ytterbium ions are excited to a charge transfer band where they start to accept free electrons from the surrounding material, creating holes which absorb parts of the input power of the laser. To combat Photodarkening, doped fibers are co-doped with elements that have an affinity for donating electrons, “filling” the holes and preserving the transmission properties of the doped fibers. This study investigates how ytterbium-doped fibers co-doped with europium compares to conventional doped fibers regarding their resistivity to photodarkening and to their efficiency when used in the context of gain medium in a fiber laser. The fibers are artificially darkened and the losses in transmission per meter is measured. Luminescence measurements are done to show the presence of europium in the fibers. To measure the efficiency of the fibers, a fiber amplifier is constructed, and the output signal is plotted against the absorbed pump power. The europium co-doped fibers are found to have an increased resistivity to photodarkening but a slightly lower efficiency with increasing amounts of europium.

En fiberlaser är en laser som använder optiska fibrer som förstärkarmedium. De laser-aktiva optiska fibrerna är dopade med jordartsjoner som har energinivåer som är passande för laserbruk. Ett problem som uppstår när man använder en ytterbium-dopad fiberlaser är att dom tappar sin effektivitet över tiden de används till en mekanism som kallas fotomörkning. Fotomörkning uppstår för att ytterbiumjoner blir exciterade till ett laddningsöverföringsband där dom börjar acceptera fria elektroner från det omgivande materialet, vilket skapar hål som absorberar delar av ineffekten till lasern. För att bekämpa fotomörkning så samdopas fibrer med ämnen som har en fallenhet för att donera sina elektroner för att “fylla igen” hålen och bevara den dopade fiberns förmåga att transmittera ljus. Den här studien undersöker hur ytterbium-dopade fibrer som är samdopade med europium jämför med konventionella fibrer när det gäller motstånd mot fotomörkning och effektivitet när fibern används i kontexten av en fiberlaser. Fibrerna åldras artificiellt och förlusterna i transmission mäts upp. Luminiscensmätningar görs för att visa närvaron av europium i fibrerna. För att mäta fibrernas effektivitet så konstrueras en fiberförstärkare och utsignalen plottas mot den absorberade pumpeffekten. De europium samdopade fibrerna visade sig ha en ökad motståndskraft mot fotomörkning ju mer europium som fanns i sammansättningen, men också en något minskande effektivitet.