两种方法实现对掺镱光纤放大器的相位校正

 在光纤激光器阵列的相干合成技术中，主振荡并联放大器（MOPA）方案最关键的技术是对光纤放大器进行相位控制与校正。本文用两种方法分别对掺镱光纤放大器进行了相位控制与校正。一种是爬山法，通过自动寻优的方式不断改变相位调制器控制电压，使系统输出保持在干涉最强处；另一种是外差法，通过实时探测和校正光路中相位的变化，确保输出光束的相位一致。实验系统中主振荡激光器的波长为1 083 nm，输出功率0~100 mW连续可调。光纤相位调制器是铌酸锂相位调制器。光纤放大器输出功率0~1 W连续可调，整个光路为全保偏光路。爬山法系统的工作频率为100 kHz，控制精度为λ/10；外差法系统的移频量为40 MHz，精度优于λ/20。在两类闭环控制过程中，铌酸锂相位控制器都很好地实现了光纤放大器的相位校正。该工作为实现光纤激光器阵列的相干合成打下实验基础。     

三路光纤放大器相干合成技术的实验研究

实验上实现了三路保偏光纤放大器稳定的锁相控制，达到相干合成的输出目的.介绍了实验方案，详细阐述了相位检测与控制的方法并以一路信号光为例给出了相位噪声的测量结果.最后给出了相干合成的远场图样并对其影响因素加以简单分析.实验表明，利用提出的方案增加相干合成的路数是可行的. 关键词： 光纤放大器 相干合成 锁相     

高频电光调制驱动器的设计

要想实现两台独立激光器的相干合成,需要在得到相位差信号的基础上,利用相位差信号去实时控制LiN-bO3电光晶体,以此达到弥补相位跳变的目的。由于相位差信息是随机变化的,而且其幅值很小,不能直接驱动LiNbO3电光晶体,所以需要经过放大处理。利用前置放大器LMH6624和高压放大器PA98设计了一个高频电光调制器的驱动电路,将拍频信号中分离出来的相位差信号经过驱动电路放大后去控制LiNbO3电光晶体,以此改变通过电光晶体的光束的相位,为进一步实现相干合成打下基础。     

基于外差法的光纤激光器相干合成

采用波长1064 nm,功率为1 W的种子激光实现了两路光纤激光的相干合成,采用了两只保偏光纤准直器接收两路光干涉信号,与利用透镜直接把干涉信号会聚在探测器上相比,这种耦合方式得到的光干涉信号的条纹对比度更高。对相位噪声以及相位噪声的带宽进行了研究,结果表明,相位噪声由电信号串扰以及环境扰动产生。通过人为拨动光纤来增加相位噪声带宽,当相位噪声带宽增加时,相位控制精度下降。提出了提高相位控制精度的方法,实验获得了桶中功率为21.3%、斯特列尔比为79%、相位控制精度为0.008的相干合成效果。     

掺钕保偏光纤放大器的研究

对掺钕双包层光纤放大器中抽运光和信号光沿光纤传播的功率分布进行了数值模拟,以808nm半导体激光器为抽运源,掺钕双包层保偏光纤为增益介质,对种子注入主振荡光纤放大器进行了理论分析和实验研究.利用实验室自制的皮秒锁模激光器为种子源,注入1064nm皮秒锁模脉冲,获得了稳定的放大脉冲.小信号时的放大倍数为300（增益为25dB）,获得了平均功率5W的皮秒脉冲.同时利用TDS5104型示波器探测信号光放大前后的波形,并用光谱分析仪得到输出脉冲激光的光谱图. 关键词： 光纤放大器 掺钕保偏光纤 种子注入 反向抽运     

基于偏振自适应和主动相位控制的相干合成的实验研究

进行了非保偏放大器与保偏放大器的相干合成的实验研究。通过随机并行梯度下降（SPGD）算法对非保偏放大器进行偏振自适应控制,使非保偏放大器输出激光的消光比达到11.5 dB,与保偏放大器在同一偏振方向上的光功率占总功率的93.4%。利用单抖动法进行非保偏放大器与保偏放大器的主动相位控制,实现相干合成。实验结果表明:SPGD算法能够有效实现偏振自适应控制,偏振自适应控制前后相干合成远场的条纹对比度从80.1%提高到87.2%,相干合成的效果提升明显;通过增加参与合成的放大器路数,并在各路激光中引入多级功率放大器,能够得到更高的合成功率输出。     

基于高功率激光输出端相位控制的光纤激光相干合成

利用压电陶瓷相位调制器在高功率光纤激光输出端进行相位控制,实现了两路瓦量级光纤激光相干合成.系统闭环时长曝光图样的条纹可见度为98%,峰值强度是开环情形下的1.87倍.     

2 kW级光纤激光相干偏振合成

基于主动锁相相干偏振合成系统实现了四路500 W级全光纤窄线宽保偏放大器的共孔径合成输出。当相位控制系统处于闭环状态时, 整个合成系统的输出功率达2164 W, 合成效率为94.5%。实验中, 随着功率的提升, 合成效率未发生明显退化。这是目前相干偏振合成系统的最高输出功率。     

用于激光聚变驱动器的全光纤、全固化光脉冲产生系统

报道一种全固化、全光纤的用于高功率激光驱动的惯性约束聚变驱动器的光脉冲产生系统,采用单纵模振荡器输出连续激光信号,经过相位调制器和振幅调制器,得到一个时间波形上已整形且具有一定带宽(约0.1 nm)的激光脉冲,经光纤放大器放大并经光纤分束器分束后同时输出四路激光脉冲,各路激光脉冲先通过时间同步调整单元精确控制时间同步关系后,经可编程光纤衰减器调节各路之间的功率平衡后再通过光纤放大器做进一步放大并通过150 m光纤传输输出至预放系统.该光纤系统可输出0.3—20 ns、带宽0.1 nm、能量数纳焦的几乎任意 关键词： 激光聚变驱动器 前端 光纤激光系统     

激光器阵列的部分相干性对相干合成远场输出特性的影响

对于相干合成的光纤激光器阵列来说，如何定量的分析阵列的相干性对于评价阵列的性能具有极其重要的意义.文章推导了光纤激光器阵列部分相干合成远场强度分布的解析表达式，详细探讨了激光器阵列的部分相干性对相干合成远场图样分布、中心主瓣宽度、斯特列尔比、桶中功率的影响.最后采用主振荡并联放大器方案对三路掺镱光纤放大器进行实时相位探测与校正，实验给出了三路光纤放大器相干合成的结果.     

300 W quasi-continuous-wave diffraction-limited output from a diode-pumped Nd:YAG master oscillator power amplifier with fiber phase-conjugate stimulated Brillouin scattering mirror

A master oscillator power amplifier system comprising a cw Nd:YAG master oscillator, a quasi-cw diode-pumped power amplifier, and a fiber-based stimulated Brillouin scattering phase-conjugate mirror is reported. A 12-pass amplifier configuration is employed to achieve high gain in a small-length slab amplifier. Residual and pump-induced optical inhomogeneities in the slab are corrected by the fiber phase conjugator to achieve diffraction-limited output beam quality. 300 W quasi-cw output and a maximal attainable gain of approximately 150 for the system are obtained.     

LaB6在低压强氮气和氦气中的放电特性

研究了LaB6在1~10 Pa氮气和氦气中的直流和脉冲放电特性以及放电过程对电极的影响。结果表明，电极直径为5 mm的LaB6氦气放电管在脉冲工作状态下可以长期稳定放电。在脉冲电压为2.2 kV、脉冲宽度10 ms、频率13.3 Hz下，脉冲峰值放电电流超过120 A。氦气放电管在放电过程中，阴极表面有离子的清洗和活化作用，可以使电极的表面逸出功降低，提高放电管的发射能力和稳定性。LaB6作为气体放电电极具有寿命长、延迟时间短、放电电流大等优点，可用于重复强流脉冲气体放电的高压高速开关器件。     

Phase conjugating mirror combining a fused silica rod and a fiber

A phase conjugating mirror combining a fused silica rod and an optical fiber is presented. This configuration combines a large diameter fused silica rod with a high laser damage threshold and an optical fiber with a low stimulated Brillouin scattering (SBS) threshold. The composed SBS generator-amplifier construction, similar to the two-cell type makes a forced SBS process, in which the Stokes beam reflected by the fiber is injected into the fused silica rod. Using this combined phase conjugating mirror in a laser-diode-pumped laser master oscillator power amplifier system, we obtained 42% SBS reflectivity at most at 100 Hz repetition rate. At the same time, the inverse beam quality parameter M(2) is reduced from 3 to 1.6, while at 400 Hz repetition rate, M(2) is reduced from 4 to 1.7.     

kW级主振荡功率放大光纤激光器输出特性

分析了kW级光纤激光器实现单模激光输出的模式控制方式。采用主振荡功率放大方式,实现了工作波长1.08 m、最大输出功率1.05 kW的全光纤单模激光输出。对激光光谱和光束质量随激光功率的变化等输出特性进行了研究,结果表明:随着激光功率的增大中心波长和光束质量无变化,但谱宽逐渐展宽。分析了激光光谱展宽的原因,认为随着激光功率的增大,光栅纤芯的折射率变化增大,引起本振级的谱宽展宽,而本振级因谱宽展宽引入的噪声在放大级被放大,再加上放大级本身引入的自发辐射,共同造成放大级的谱宽展宽。对光束质量变差的原因进行了分析,认为光纤弯曲导致原先在纤芯中传输的激光部分被泄露到包层中,从而使光束质量变差。     

Generation of spirally polarized propagation-invariant beam using fiber microaxicon

We present here a fiber microaxicon (MA)based method to generate spirally polarized propagation-invariant optical beam. MA chemically etched in the tip of a two-mode fiber efficiently converts the generic cylindrically polarized vortex fiber mode into a spirally polarized propagation-invariant (Bessel-type) beam via radial dependence of polarization rotation angle. The combined roles of helico-conical phase and nonparaxial propagation in the generation and characteristics of the output beam from the fiber MA are discussed.     

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。     

kW级光纤耦合输出二极管激光器模块

基于二极管激光器mini-bar的光纤耦合方式是一种降低耦合系统成本并提高整体转换效率的方法, 为此,采用40片封装在铜微通道冷却器上的连续60 W二极管激光器mini-bar组成空间叠加阵列,作为耦合光源,采用非球面柱透镜及柱透镜阵列对mini-bar叠阵进行了快轴与慢轴的准直,实现了两列叠阵的激光束沿快轴方向的空间合成以提高叠阵激光束的填充因子,合成后的激光束可以耦合进入芯径为800 m、数值孔径为0.22的光纤。测试结果表明,光纤耦合模块输出功率最高为1360 W,整体光光效率58%,光纤端面的功率密度达到1.73105 W/cm2。     

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。     

High-power master-oscillator power-amplifier with optical vortex output

A high-power master-oscillator power-amplifier with optical vortex output is reported. The master oscillator for an optical vortex seed beam is a simple two-mirror Nd:YAG laser using a fiber-based pump beam conditioning scheme. The seed is amplified in a double-clad multimode fiber amplifier end-pumped by a high-power diode laser at 975 nm yielding 10.7 W of continuous-wave output at 1064 nm in the first-order Laguerre–Gaussian beam with M ² ≈ 2.11 for an absorbed pump power of 17.5 W, corresponding to a slope efficiency of ~59 %. The ring-shaped intensity profile and the wave front handedness of the seed beam were well preserved in the fiber amplifier. The prospects of power scaling via this approach are discussed.     

kW级全光纤激光器理论与实验研究

基于主振荡功率放大结构设计了kW级全光纤激光器,对激光器的功率分布及输出、弯曲选模以及冷却条件下增益光纤的热分布进行了数值模拟分析。搭建了所设计的全光纤激光器,在注入总泵浦功率1436W时,实验获得了1060W高功率连续激光输出,光光转换效率73.8%,光束质量因子小于1.6。初步分析了导致激光器实验输出与理论设计二者偏差的原因。