由於Cr4+:YAG晶體光纖雷射腔內的光子以波導的方式在共振腔 中來回共振，故若共振腔中的損耗太大將使得增益無法大於損耗，導 致沒有雷射的輸出，所以必須量測出晶纖中的傳輸損耗與吸收係數來 判斷元件是否能用以作雷射的可行性。
為了除去激發光源耦合效率與聚焦透鏡穿透率所造成的影響，本 論文使用cut-back法進行量測。意即量測輸入功率Pin入射晶體光纖輸 入端面，於兩不同的晶纖長度時，輸出端所量測到的穿透功率個別為 P01、P02，由輸出與輸入功率的比率可以計算出傳輸損耗與吸收係數 之和，分別量測不同波長的傳輸損耗與吸收係數和，再由文獻中吸收 係數與波長對應之關係圖的吸收率比例，即可算出晶體光纖對某特定 波長的傳輸損耗與吸收係數值。其方法如下所述：
(4-5)、(4-6)式分別為在同一波長，晶體長度為l1、l2的情況下的 輸入與輸出功率對應關係式，其中
η
lens、η
coup分別為透鏡的穿透率與 光進入晶體的耦合係數，其值為常數，亦即假設在整體量測過程中，耦光的效率為定值。而由於晶體光纖為一相當好之單晶材料，在此忽 略材料之散射損耗(scattering loss)所造成的影響。
α
t為光在某特定波 長時於晶體內的衰減係數，其為吸收係數與傳輸損耗係數之和，可藉 由(4-5)與(4-6)求得，如(4-7)式所示。01
P e
tl1P =
in⋅ η
lens⋅ η
coup⋅
−α (4-5)02
P e
tl2P =
in⋅ η
lens⋅ η
coup⋅
−α (4-6)) 型號為Model 3950之Ti3+:sapphire雷射當入射光源，利用焦距為50 mm 之聚焦透鏡(700~1000 nm 抗反射膜)將入射光聚入晶體光纖內，分別 於波長為750 nm、840 nm與980 nm作輸出功率的量測，輸出端的光發 散角很大，故此用UDT Model 2500積分球與緊貼於晶體光纖輸出端 量測輸出功率，實驗中所使用的λ/2波片與極化分光鏡(polarization beam splitter)主要是用來改變雷射進入晶體光纖輸入端的功率。
f=50mm
Ti3+:sapphire Laser
積分球
300 400 500 600 700
Incident power (mW)
Absorption coefficient (dB/cm)
圖4-16 吸收係數與輸入功率之關係圖
300 400 500 600 700
0.0
Incident power (mW)
Propagation loss (dB/cm)
圖4-17 傳輸損耗與輸入功率之關係圖
對於borosilicate包覆之100 µm Cr4+:YAG晶體光纖來說，其原始晶 體長度為53.8 mm、晶體切割後長度為7 mm，所量測到的吸收係數對 應功率的關係如圖4-16所示，波長為980 nm、840 nm、750 nm之平均 吸收係數個別為2.27 dB/cm、0.98 dB/cm、0.64 dB/cm，傳輸損耗值為 0.6 dB/cm，其與輸入功率的關係如圖4-17所示。
圖4-18 Fused silica包覆之Cr:YAG晶體光纖成分分析
而實驗曾經對一內徑29 µm、外徑64 µm之fused silica包覆之晶體 光纖作衰減係數的量測，此晶體有6 0%的SiO2滲入到Cr4+:YAG晶體光 纖中，如圖4-18所示，並且沒有螢光產生，初始長度為11.2 mm，切 割後長度為4.6 mm，其衰減係數與入射光功率的關係如圖4-19所示。
整體而言，衰減係數隨著功率增加而減少，由波長為 980 nm的衰減 係數來看，當晶體的吸收隨功率增加而達飽和時，可以推估傳輸損耗 小於0.1 dB/cm。雖然這樣的樣品傳輸損耗相當的低，但由於此材料
0 20 40 60 80 100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Percent daimeter (%)
Norm. wt.%
Core SiO2
Y2O3
Al2O3
質，但由此可知fused silica與YAG互熔的介面將可降低波導之傳輸損 耗。
0.20 0.25 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.1
0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
0.7 λ=750nm
λ=980nm
Incident power(W) α t(dB/cm)
圖4-19 Fused silica包覆之Cr:YAG晶體光纖衰減係數與入射功率 趨勢圖