单端泵浦光纤放大器获得4 kW单模窄谱激光输出

窄谱光纤激光器在光束合成等领域有着广泛的应用,然而模式不稳定效应的出现严重限制着窄谱光纤激光器的功率提升。提出并验证了采用新型981 nm稳波长泵浦方案,能够应用于窄谱激光放大并提升模式不稳定效应阈值,通过采用单端后向泵浦结构,将单模窄谱光纤放大器功率提至4 kW以上。实验中采用白噪声相位调制展宽单频激光作为窄谱种子,主放大级分别采用稳波长976 nm和981 nm两种泵浦源单端后向泵浦。在采用976 nm泵浦源泵浦时,窄谱激光最高放大至3.4 kW,出现典型的模式不稳定效应特征,功率提升受到限制。在采用981 nm泵浦源泵浦时,窄谱激光最高放大至4.05 kW,且并未出现模式不稳定效应,输出光束质量M2因子为1.3,进一步功率提升仅受限于泵浦功率。通过优化激光器设计、结合双向泵浦结构,有望实现更高功率的窄谱光纤激光输出。     

国产25/400μm掺镱双包层光纤实现2.2kW窄线宽单模激光输出

基于自主研制的均匀掺杂低热光系数25/400μm掺镱双包层光纤,开展了全光纤高功率窄线宽光纤激光放大实验。激光系统实现了中心波长为1060.3 nm、线宽为25 GHz、最高功率为2.2 kW的单模激光输出,其斜率效率达78%,光束质量因子M~2≈1.2,其功率是目前报道的基于国产25/400μm掺镱双包层光纤窄线宽放大器单模激光输出的最高功率。     

国产有源光纤成功实现6 kW激光输出

光纤激光是继气体激光、化学激光和固体激光之后的新一代激光技术,是近年来世界各国科学研究的热点领域。制约光纤激光功率提升的主要技术瓶颈是系统集成技术和光纤材料制备技术。目前,我国科研工作者成功掌握了千瓦级光纤激光系统集成技术并实现了产业化,但是所用的光纤激光材料与核心器件还严重依赖进口。相较于比较成熟的系统集成技术,我国光纤激光材料的科学研究和产业化进程相对滞后,尚无法提供成熟稳定的有源光纤产品。 2016年6月,中国工程物理研究院激光聚变研究中心的研究人员经过近三年科研攻关,成功研发了30/900规格（纤芯30 m/包层900 m）镱掺杂铝磷硅（Yb-APS）三元体系激光光纤并实现了6.03 kW最高功率输出,在5 kW功率水平下可长期稳定工作。光纤激光材料综合测试平台采用了传统的1+1型MOPA放大结构（即信号种子源与一级主放）:信号光种子源的功率为40 W,光束质量M2=1.1;第二级MOPA放大级使用的976 nm LD泵浦光总功率9.95 kW,经过CPS功率剥离器激光净化处理后,最终安全地实现了6.03 kW最大功率输出。如图1所示,最高输出功率时斜率效率为61.25%,源于1∶30的芯包比和20 m以上的光纤使用长度;激光输出光谱中心波长1080 nm,3 dB带宽为1.89 nm,受激拉曼抑制比＞15 dB;5 kW稳定工作时,光束质量M2=2.38,未发现光子暗化效应。中物院激光聚变研究中心所研制的镱掺杂铝磷硅三元体系有源光纤(30/900 Yb-APS fiber)成功实现了6.03 kW激光输出,是我国高功率光纤激光材料研究领域的重要进步,为制备低损耗、高掺杂、高吸收、高增益、无光子暗化效应的商业激光光纤产品奠定了坚实的技术基础。     

国产纺锤形渐变掺镱光纤实现6 kW宽谱激光输出

高功率高光束质量光纤激光器在工业加工等领域有着广泛的应用,然而光纤中的非线性效应和模式不稳定效应限制着高光束质量光纤激光器的功率提升,采用新型结构大模场增益光纤在同时抑制非线性效应和模式不稳定效应方面具有较大潜力。报道了基于单位自研的纺锤形渐变掺镱光纤激光成功实现6 kW功率、高光束质量激光输出。激光器采用主振荡功率放大结构,放大级采用双向981 nm泵浦纺锤形渐变掺镱光纤,在总泵浦功率为7.68 kW时,输出功率达到6.02 kW,光束质量M2因子约为1.9。通过进一步优化纺锤形掺镱光纤制作工艺及结构参数,有望实现更高功率、近单模光束质量的光纤激光输出。     

利用Kagome光纤实现多芯光子晶体光纤的输出合束

多芯光纤的输出光束只能在远场和焦点附近实现良好的同相位超模合束,这种超模传输特性大大影响了多芯光纤的应用范围.一种新型中空Kagome光纤为解决这一难题提供了可行的方案,利用中空Kagome光纤可以实现七芯光纤输出模式的整形合束.本文利用中心波长800 nm的钛宝石飞秒激光作为激光源,耦合入七芯非线性光子晶体光纤,得到700 nm至1050 nm的展宽光谱,并实现同相位超模输出.随后,将非线性展宽之后的宽谱七芯光束耦合至Kagome光子晶体光纤中,从Kagome光纤输出光斑呈高斯分布的模式传输,不再演变回七芯模式,耦合效率71%.实验还进一步验证此方法适用于不同结构的多芯光纤,为多芯光纤在高功率激光等领域的应用提供了参考.     

1.06kW 13GHz线宽全光纤激光器

分析了高功率光纤激光器中受激布里渊散射(SBS)效应的抑制方法。研究表明,利用宽带噪声源高速相位调制展宽光谱的方法对于抑制SBS十分有效,可实现kW级用于光谱组束的数10GHz高功率光纤激光子束。通过理论计算线宽与SBS阈值的关系,并分析噪声相位调制各参数对SBS阈值提升的影响,优化了光纤激光器设计参数。通过宽带噪声高速相位调制的方法,展宽单频种子源线宽至13GHz,通过两级预放大至10 W后,使用20/400μm掺Yb光纤最终实现了中心波长1064nm、线宽13GHz、最高功率1.06kW的激光输出,光束质量M21.2,光-光转换效率86%,实验过程未观测到模式不稳定性现象。进一步扩宽噪声源频带,加大调制深度,有望实现更高功率的窄线宽光纤激光输出。     

简单MOPA结构窄线宽激光突破5 kW近单模输出

高功率窄线宽光纤激光器在非线性频率转换、光谱合成以及相干合成等领域有着重要的应用前景。本文基于自研的复合腔结构窄线宽振荡器作为种子,采用单级主振荡功率放大技术（MOPA）,实现了5 kW高效率的近单模窄谱激光输出。通过优化振荡器的时序特性和放大级结构,受激拉曼散射、光谱展宽和热致模式不稳定效应得到综合抑制。在最高功率时,信号光的3 dB和20 dB线宽分别为0.48 nm和2.1 nm,放大器的斜率效率约为86.1%,拉曼抑制比为28.3 dB,光束质量M2约1.35。本研究工作对于高功率窄线宽光纤激光的发展和研究具有重要的指导意义。     

100W全光纤化高重频窄脉宽光纤激光器

报道了一种基于主振荡功率放大结构工作的全光纤化高重复频率窄脉冲宽度光纤激光器.种子源是一个直接电脉冲调制的1 063 nm光纤耦合输出半导体激光器.为了抑制放大器中产生的放大自发辐射光,将种子激光的脉冲波形调制为二阶超高斯型.峰值功率为950 mW的半导体激光器经过2级大模场掺镱双包层光纤放大器(纤芯分别为10μm和30μm)功率放大后,最终获得了平均功率为101 W、重复频率为200 kHz、脉冲宽度为14.77 ns、峰值功率为34.2 kW、3 dB光谱宽度为0.261 nm、光束质量M~2为1.17的脉冲激光输出.与传统的纳秒级脉冲光纤激光器相比,该激光器峰值功率高、光束质量优、光谱宽度窄、结构简单,可广泛应用于激光雷达、遥感探测、倍频和光参量震荡等领域.     

单模光纤激光极限功率的数值研究

对光纤激光极限功率的探索和其受限因素的分析, 有利于为大功率光纤激光器的发展提供理论依据和实验指导. 本文考虑热效应、光效应、非线性效应和抽运亮度等因素对光纤激光极限功率的影响, 分析了掺镱和掺铥光纤的极限功率和受限因素. 在此基础上, 结合激光在光纤中单模传输的条件, 计算了单模掺镱和掺铥光纤激光的极限功率. 计算结果表明, 在现有技术条件下, 使用常规的976 nm和793 nm激光二极管抽运, 单模掺镱和掺铥光纤激光的极限功率分别为4.2 kW和7.8 kW, 其中单模掺铥光纤激光的功率水平还远低于它的极限功率的原因是受抽运亮度的限制. 最后分析指出减小纤芯的数值孔径和改进少模光束的光束质量是提升单模光纤激光极限功率的重要途径.     

100 W级全光纤化线偏振单频光纤放大器

报道了一种基于主振荡功率放大结构的全光纤化1064 mm线偏振单频光纤放大器。种子源是一个线宽约为3 kHz的单频光纤激光器。输出功率为50 mW的种子激光经两级掺Yb保偏双包层光纤(光纤纤芯直径分别为10 μm和20 μm)和一级手性耦合纤芯增益光纤放大后,最终获得了输出功率138 W、光束质量M2≤1.2、偏振消光比优于18 dB的高功率单频光纤激光输出。在脉冲调制模式下,获得了峰值功率465 W、脉宽宽度约为500 μs的线偏振单频光纤激光输出。     

输出平均功率大于2W的高功率、包层抽运、超短脉冲铒镱共掺光纤激光器

采用主振荡功率放大的方式，研制成功集宽带波长连续可调谐、带宽内输出功率谱均衡、高重复频率和高功率性能于一体的超短脉冲包层抽运铒镱共掺光纤激光器.将优化主振荡器和功率放大器的腔结构与掺铒光纤的饱和增益特性结合起来，实现了1535nm—1570nm(35nm带宽)的输出功率均衡的波长连续可调谐激光输出，在带宽内激光功率的最大波动仅为0.5dBm；带宽内平均输出功率大于2W、脉冲重复频率大于10GHz、脉冲宽度小于30ps.该激光器具有综合性能指标先进、结构简单、全光纤化、使用方便等优点. 关键词： 光纤激光器 包层抽运 短脉冲 高重复频率     

128 W单频线偏振光纤放大器特性研究

高功率单频激光在激光雷达、光谱学、精密测量等领域具有广阔的应用前景.采用中心波长为1064 nm、光谱线宽为20 kHz、偏振消光比（PER）高于20 dB的单频线偏振分布式反馈光纤激光器做种子源（尾纤输出功率约为10 mW）,利用种子注入主振荡功率光纤放大技术,通过两级级联放大实现了128 W高功率单频、线偏振、近衍射极限单模连续激光输出.主放大器光-光效率达到83%,PER高于12 dB.采用分段温控技术有效地提高了光纤中的受激布里渊散射（SBS）阈值,实验中未观察到明显的放大自发辐射和SBS现象,进 关键词： 掺Yb光纤放大器 主振荡功率光纤放大 单频 线偏振     

100 W全光纤声光调Q光纤激光器实验研究

 报道了一台全光纤结构主振荡功率放大(MOPA)型掺镱脉冲光纤激光器,以光纤光栅为腔镜,光纤型声光调Q的光纤激光器为种子源,通过两级掺镱双包层光纤放大器实现功率放大。对声光调Q的光纤激光器输出特性进行了研究,比较了不同泵浦波长、不同重复频率对激光输出功率和脉冲宽度的影响,并实现了最短脉冲宽度25 ns、单脉冲能量45 μJ的脉冲激光输出。在重复频率50 kHz时,对脉冲宽度130 ns、平均功率0.6 W的种子光进行放大,得到了平均功率102.5 W、脉冲宽度约240 ns的激光输出。     

30.6 W CW Tm3+ fiber laser of seed amplification

We use all fiber single-mode lasers as seed source, all fiber amplifiers and pump laser coupling amplifier has been experimentally investigated, respectively. The max output power of all fiber amplifier is 30.6 W, corresponding slope efficiency is 39.1%. The two setups, amplifier output laser spectrum finely holds the property of seed laser spectrum, the wavelength of output laser are both 1947.6 nm, the spectrum width is less than 2 nm as same as the wavelength of seed laser. We estimate the beam quality to be M ² = 2.42, clearly indicating nearly diffraction-limited beam propagation.     

窄线宽光纤激光器在1030 nm波段实现3 kW近衍射极限输出

基于大模场面积掺镱光纤搭建了全光纤1030 nm高功率窄线宽光纤激光主振荡功率放大系统,实现了3004 W的最高功率输出,斜率效率69.27%,是目前报道的输出功率最高的1030 nm波段近衍射极限光纤激光器。最高输出功率时,x,y方向的光束质量因子分别为1.169,1.174,3 dB光谱宽度为0.18 nm,放大自发辐射抑制比达到37 dB。     

300 W侧面分布式抽运掺Yb全光纤放大器

采用角度磨抛的方式, 在纤芯/包层为20/400 μm双包层掺Yb光纤上制作了侧面抽运耦合器. 该耦合器对975 nm的半导体二极管抽运光的耦合效率最高可达97%, 对1080 nm信号光的泄漏比小于2%. 分析了侧面抽运耦合器的性能以及多个侧面抽运耦合器的级联分布对抽运耦合效率的影响; 同时, 在前向抽运和双向抽运方式下, 分析了级联耦合器的分布及信号光泄漏比对激光器整体效率的影响, 并进行了数值模拟. 采用自行研制的侧面抽运耦合器, 搭建了侧面耦合分布式抽运、掺Yb双包层全光纤主振荡功率放大器, 获得了波长为1080 nm、功率为303 W 的基模激光输出. 进一步增加抽运点个数, 提高抽运功率, 可获得更高的输出功率.     

22 GHz窄线宽全光纤激光器实现2.62 kW近衍射极限输出

基于大模场面积掺镱光纤搭建了全光纤1064 nm高功率窄线宽光纤激光主振荡功率放大系统,实现了2625 W的最高功率输出,斜率效率76%。最高输出功率时,光束质量为Mx2=1.273,My2=1.255,3 dB光谱宽度为21.7 GHz,这是目前全光纤激光器在该光谱线宽下实现的最高输出功率。     

主振荡功率放大短脉冲光纤激光系统的偏振特性研究

对自行研制的主振荡功率放大结构短脉冲双包层光纤激光系统(2W,30ps)的偏振特性进行了研究.分别研究了种子源激光和经过包层泵浦放大后输出激光在连续工作和脉冲输出情况下的偏振特性,结果表明在不加偏振控制措施情况下,系统输出为椭圆偏振光,偏振度和偏振角都容易受到光纤扰动的影响;在激光腔内加入起偏器后,输出线偏振光,偏振态相对比较稳定,但是偏振角度仍然容易受到光纤扰动的影响.实验证明:经过高功率放大后,输出激光的偏振态稳定性有一定程度的下降,在进行激光相干合成前需进一步加以控制.