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。     

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。     

窄线宽全光纤激光器实现666 W高功率输出

搭建了一台主振荡功率放大（MOPA）结构的窄线宽全光纤激光器。利用噪声相位调制技术将单频激光线宽展宽至0.3 GHz,通过四级放大器结构对10 mW的窄线宽种子激光进行放大,获得了功率为666 W的窄线宽激光输出。该窄线宽激光器输出功率仅受限于泵浦功率,增加泵浦功率有望进一步提高输出功率。     

双纵模窄线宽光纤拉曼放大器

 报道了一台实现了双纵模窄线宽激光输出的光纤拉曼放大器。利用中心波长1 079.7 nm的双纵模窄线宽种子激光器获得了频率间隔1.4 GHz、功率比约3∶1的双纵模输出,各纵模的线宽约为10 MHz;再利用1 031 nm泵浦光对双纵模种子光进行拉曼放大,实现了1.07 W双纵模激光输出。拉曼放大过程中,两个纵模的线宽、频率间隔及功率比保持得很好。     

窄线宽高信噪比可调谐掺Er3+光纤激光器

基于偏振态调谐原理，利用多个偏振控制器在环形腔掺Er3+光纤激光器中实现了连续可调谐、窄线宽、高信噪比的单频激光输出.连续调谐宽度达22 nm (1538～1560 nm)，3 dB谱线宽度小于0.1 nm，光信号-自发辐射噪音比大于45 dB，最大输出功率约1 mW.在10～50 mW泵浦功率范围内，输出功率波动幅度小于1 dB.在室温下，工作数十个小时，中心波长漂移小于0.05nm.     

均衡功率的超宽带可调谐掺铒光纤激光器

报道了一种功率均衡的超宽带可调谐掺铒光纤激光器.该激光器采用窄线宽可调谐FP滤波器、掺铒光纤、波分复用器和耦合器构成光纤环形腔激光器，并通过部分反馈光功率自动控制，对输出激光功率进行均衡.实现了87 nm带宽（1525~1612 nm）范围内，输出激光功率波动小于0.2 dB的均衡结果.输出激光3 dB线宽为0.26 nm，边模抑制比大于55 dB.     

780W全光纤窄线宽光纤激光器

高功率窄线宽光纤激光器在相干探测、功率光谱合成等方面具有广泛的应用前景.分析了高功率窄线宽光纤激光器中受激布里渊散射效应的抑制方法,以及正弦相位调制光谱展宽理论.采用正弦相位调制技术将单频激光器的线宽展宽至2.9 GHz,通过三级放大结构对输出功率为50 mW的窄线宽种子源进行放大,实现了中心波长1064.34 nm、线宽2.9 GHz、最大功率780 W的激光输出,光—光转换效率79%,光束质量M2x=1.44,M2y=1.43.分析了相位调制前后输出功率提高的原因,认为正弦相位调制增加的纵模降低了光纤中的功率谱密度,提高了输出激光的受激布里渊散射阈值,促使相位调制后的输出功率大幅提高.该激光器的输出功率仅受限于抽运功率,进一步提高抽运功率,有望实现更高功率的窄线宽光纤激光输出.     

自研20μm/400μm保偏光纤基于振荡器种子实现4 kW突破

高功率窄线宽光纤激光器在相干合成、光谱合成以及非线性频率转换等领域发挥了重要的作用，吸引了大量国内外研究人员的广泛关注。近年来，华中科技大学武汉光电国家研究中心光纤激光技术团队持续进行优秀的国产化高功率窄线宽线偏振光纤激光技术的研究工作，2022年，课题组采用基于振荡器的种子源加自研的保偏掺镱光纤先后实现单正向1.2 kW和单反向3.2 kW的线偏振窄线宽光纤激光输出。近期，课题组进一步优化保偏掺镱光纤的掺杂组分，并改良振荡器种子源设计来抑制窄线宽保偏放大过程中的TMI和受激布里渊散射（SBS）效应，最终实现了输出功率4.1 kW的窄线宽线偏振全光纤激光输出。     

高功率窄线宽光纤激光技术

以波长拓展为主线介绍了单频光纤振荡器的研究进展,以功率提升为主线介绍了单频连续光纤放大器的发展现状,以产生窄线宽种子源的方法为依据总结了1μm波段高功率窄线宽连续光纤激光器的国内外研究成果。分析当前高功率单频光纤激光器和高功率窄线宽光纤激光器的发展趋势和面临的主要挑战,梳理并讨论高功率窄线宽光纤激光的关键技术,并基于当前高功率窄线宽光纤激光器的发展现状介绍其在各领域的应用价值。     

主振荡功率放大结构窄线宽全光纤激光器334 W高功率输出

 搭建了一台全光纤结构的窄线宽高功率掺镱光纤激光器。种子激光的输出功率大于40 mW,线宽窄于100 MHz。采用主振荡功率放大结构三级放大,主放泵浦功率为405 W时得到了334 W的窄线宽高功率激光输出,光光转换效率为82.4%。目前,激光器输出功率仅受限于泵浦功率,增加有效泵浦功率即有望进一步提高输出功率。     

1.5kW全光纤线偏振激光器

报道了一台全光纤结构的1.5kW线偏振光纤激光器。激光器采用振荡器结合一级放大的主振荡功率放大器(MOPA)方案。振荡器中心波长为1080nm,工作时输出功率30 W,经放大器一级放大后实现近衍射极限输出,功率达到1.5kW,光-光效率81.5%,消光比13.8dB。这是目前线偏振光纤激光器输出功率的最高值。     

High-power Tm~(3+)-doped all-fiber laser operating at1908 nm by a master oscillator power amplifier configuration with narrow spectral linewidth

We demonstrate a diode-pump Tm~(3+)t-doped all-fiber laser operating at 1908 nm based on a master oscillator power amplifier(MOPA) configuration. In our work, 152 W of laser output power is generated by a total incident pump power of 434 W at 790 nm, corresponding to the total optical efficiency of 35%. The laser wavelength is1908.29 nm. To the best of our knowledge, it is the highest output power reached around 1908 nm with such a narrow linewidth of 0.18 nm based on a MOPA configuration.     

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。     

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。     

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。     

All-fiber clad-pumped Tm3+-doped fiber amplifier using high power fiber combiner

The diode laser (LD) clad-pumped 1947.6 nm continuous wave (CW) Tm³⁺-doped fiber amplifier is reported using the master oscillation power amplifier (MOPA) method. The injected seed laser is provided by an all-fiber LD-clad-pumped Tm³⁺-doped single-mode fiber laser, which has a nearly 2.4 W maximal output power and 0.1 nm ultra-narrow linewidth based on the intracore reflection FBG. Using the 25/400 μm double-clad LMA Tm³⁺-doped fiber as the gain fiber, the output maximal output power is 30.6 W from the fiber amplifier, with a slope efficiency of 39.1% respected to the LD total output power. A high power multi-mode fiber combiner is used to couple high power LD light into the gain fiber. The output wavelength is also located at 1947.6 nm, with the slightly expanded laser linewidth of 0.2 nm.     

Frequency doubling of narrow-linewidth pulsed fiber laser

A pulsed master oscillator power amplifier system is constructed using a double-cladding polarized Ybdoped fiber and an all-fiber Q-switched narrow-linewidth pulsed laser used as seed laser.This system has a high repetition rate and provides a nanosecond pulsed laser with a narrow linewidth and linear polarization.Moreover,it generates amplified radiation with up to 14 W of average power,narrow linewidth(full-width at half-maximum is smaller than 0.12 nm),linear polarization at 1 080-nm wavelength,repetition rate of 51 kHz,and pulse duration of approximately 50 ns.Based on this pulsed amplified radiation,3.5 W of green laser,with an optical-to-optical efficiency of 27.3%,is obtained via single-pass frequency doubling using a noncritical phase matching KTP crystal.     

Amplification of a <Emphasis Type="Italic">Q</Emphasis>-Switched Ho:GdVO<Subscript>4</Subscript> Oscillator in Thulium-Doped Large-Mode-Area Fiber

We report a high peak power, narrow linewidth, stable pulsed Ho:GdVO₄ amplifier based on thuliumdoped fiber, which produces 6.65 W average output power at 2,048 nm and 56.8 kW peak power with 11.7 ns pulse width at 10 kHz repetition rate. We use a simple Q-switched Ho:GdVO₄ laser as a seed laser and a thulium-doped fiber pumped by a 792 nm laser diode as an amplifier. The fiber amplifier provided 6.5 dB gain to the input signal. The spectral linewidth of the Ho:GdVO₄ amplifier remains < 0.5 nm with an M² beam quality of 1.36.     

光纤激光共孔径光谱合成实现5kW高效优质输出

采用多层介质膜衍射光栅实现多路高功率光纤激光共孔径光谱合成有望成为光纤激光同时实现高功率、高效率和高光束质量的最具发展潜力的技术途径。搭建了一套基于双光栅色散补偿设计的5kW共孔径光谱合成系统。采用国产多层介质膜衍射光栅实现了5路kW级窄谱子束激光的高效优质共孔径光谱合成,最大输出功率达5.07kW,光束质量因子(M2)小于3,合成效率达到91.2%。初步研究表明:多层介质膜衍射光栅在较高功率水平、较宽光谱范围内均能保持较高衍射效率,是实现高功率光纤激光高效率光谱合成的重要器件;参与合成的子束自身的光束质量水平和线宽是影响合成输出光束质量的重要因素,光谱合成系统的输出功率主要受限于窄谱子束的输出功率和合成路数,增加窄谱子束的功率或合成路数均可进一步提升系统的输出功率。     

A 168-W high-power single-frequency amplifier in an all-fiber configuration

We present a high-power,single-frequency,narrow linewidth fiber amplifier based on master oscillator power amplification chains in an all-fiber configuration.The effect of the delivery fiber on the maximum output power is studied.A home-made 1064-nm seed laser with a 20-kHz linewidth is boosted to 129 W,and limited by stimulated Brillouin scattering(SBS) when the delivery fiber is 1.2 m long.By shortening the delivery fiber length to 0.7 m,the SBS threshold is increased efficiently and the maximum output power rises to 168 W with an 82.9% power conversion efficiency.The experimental results indicate that the output power can be further raised by shortening the delivery fiber length and increasing the pump power.