Highly Yb-doped silica glass with low refractive index for fabrication of Yb-doped large-mode-area photonic crystal fiber (LMA PCF) is in favor of decreasing fiber length and thus increasing the threshold of nonlinear effects in pulse laser amplification. Accordingly, fluorine incorporation in highly Yb-doped silica glass is vitally important to compensate the sharp increase in refractive index caused by ytterbium and aluminum ions. In this work, the fluorine doping concentration in Yb/Al/P/F co-doped silica glass was significantly improved by a modified sol-gel method combined with high temperature sintering. The effects of fluorine doping on glass structure have been investigated in details by Raman spectra, nuclear magnetic resonance (NMR) and advanced pulse electron paramagnetic resonance (EPR) measurements. The incorporation of fluorine yields Si-F bonds and Yb-F bonds formation and leads to the mild change in spectroscopic properties. An optimized silica core glass rod with high Yb (0.77 wt.%) and fluorine (0.8 wt.%) doping concentration, low refractive index and acceptable optical quality was prepared. Based on the highly fluorine and ytterbium doped silica core glass, a polarization maintaining (PM) photonic crystal fiber with 40 µm core was prepared and the pump absorption coefficient at 976 nm was ∼6.5 dB/m. An average amplified power of 103 W was achieved from a 2-m-long PCF with the bend diameter of 23 cm. The slope efficiency (with respect to pump power) was 52% with laser beam quality factor M² of 1.46.

中文翻译：

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通过溶胶-凝胶工艺的高氟和镱掺杂保偏大模式面积光子晶体光纤

用于制造掺镱大模式面积光子晶体光纤（LMA PCF）的低折射率高掺镱石英玻璃有利于减少光纤长度，从而增加脉冲激光放大中非线性效应的阈值。因此，在高度掺镱的石英玻璃中掺入氟对于补偿由镱和铝离子引起的折射率的急剧增加至关重要。在这项工作中，通过改进的溶胶-凝胶法结合高温烧结，Yb/Al/P/F 共掺杂石英玻璃中的氟掺杂浓度显着提高。已经通过拉曼光谱、核磁共振 (NMR) 和先进的脉冲电子顺磁共振 (EPR) 测量详细研究了氟掺杂对玻璃结构的影响。氟的掺入产生 Si-F 键和 Yb-F 键的形成，并导致光谱性质的轻微变化。制备了具有高 Yb (0.77 wt.%) 和氟 (0.8 wt.%) 掺杂浓度、低折射率和可接受的光学质量的优化石英芯玻璃棒。基于高掺氟和掺镱的石英玻璃芯，制备了纤芯为 40 µm 的保偏 (PM) 光子晶体光纤，在 976 nm 处的泵浦吸收系数为~6.5 dB/m。从弯曲直径为 23 cm 的 2 米长的 PCF 中获得了 103 W 的平均放大功率。斜率效率（相对于泵浦功率）为 52%，激光束品质因数 M 制备了 77 wt.%) 和氟 (0.8 wt.%) 掺杂浓度、低折射率和可接受的光学质量。基于高掺氟和掺镱的石英玻璃芯，制备了纤芯为 40 µm 的保偏 (PM) 光子晶体光纤，在 976 nm 处的泵浦吸收系数为~6.5 dB/m。从弯曲直径为 23 cm 的 2 米长的 PCF 中获得了 103 W 的平均放大功率。斜率效率（相对于泵浦功率）为 52%，激光束品质因数 M 制备了 77 wt.%) 和氟 (0.8 wt.%) 掺杂浓度、低折射率和可接受的光学质量。基于高掺氟和掺镱的石英玻璃芯，制备了纤芯为 40 µm 的保偏 (PM) 光子晶体光纤，在 976 nm 处的泵浦吸收系数为~6.5 dB/m。从弯曲直径为 23 cm 的 2 米长的 PCF 中获得了 103 W 的平均放大功率。斜率效率（相对于泵浦功率）为 52%，激光束品质因数 M 从弯曲直径为 23 cm 的 2 米长的 PCF 中获得了 103 W 的平均放大功率。斜率效率（相对于泵浦功率）为 52%，激光束品质因数 M 从弯曲直径为 23 cm 的 2 米长的 PCF 中获得了 103 W 的平均放大功率。斜率效率（相对于泵浦功率）为 52%，激光束品质因数 M1.46 中的²。