大直径光纤端帽的制作与熔接

为了避免高功率光纤激光器输出的激光对双包层光纤端面造成损伤,设计并制作了光纤端帽。使用新型CO2激光器光纤熔接机完成了双包层光纤与端帽的熔接,研究了双包层光纤与端帽熔接的相关工艺与方法。利用高功率连续激光对端帽的性能进行了测试,实验结果表明,熔接有光纤端帽的双包层光纤可以承受507 W连续激光的输出并且没有发生损伤。熔接有端帽的光纤激光器的斜率效率为64.05%,光束质量与未熔接有端帽时相同。     

一体化光纤滤除器和端帽实现20 kW激光输出北大核心CSCD

在高功率光纤激光系统中,包层光滤除器能将光纤中包层光滤除以保证输出激光光束质量,光纤端帽通过对输出激光扩束降低输出光纤端面的光功率密度,从而保护光纤端面不受损坏,两者都是高功率光纤激光系统稳定运行的重要核心器件。将包层光滤除器和光纤端帽进行一体化设计,制备了一体化高功率光纤包层光滤除器和光纤端帽并分别应用于20 kW合束系统和单纤系统中,输出功率达到20 kW时,端帽的最高温度约为40℃,温升速率约为0.8℃/kW。     

双端输出全光纤振荡器突破8 kW高功率输出

双端输出光纤激光振荡器可以通过一个单谐振腔结构实现两路激光输出,能够减少高功率光纤激光系统的体积和成本,在工业领域有着很好的应用前景。基于双端泵浦谐振腔结构,采用稳波长981 nm光纤耦合半导体激光器（LD）泵浦纤芯/包层直径为30/400μm的双包层掺镱光纤,首次实现了总功率大于8 kW的双端输出光纤激光振荡器。在总最高泵浦功率为10.951 kW时,A端输出功率为3769 W, B端输出功率为4400 W,总功率为8169 W,激光器光-光转换效率74.6%,A、B端激光光束质量M2因子分别约2.13和2.36。在最高输出功率时,两端输出激光中均未观察到动态模式不稳定效应（TMI）和受激拉曼散射（SRS）,通过进一步增加泵浦功率,有望实现更高功率的激光输出。     

双包层光纤激光器最大输出功率的估算

 通过热传导方程和边界条件得到高功率双包层光纤激光器温度分布的简化解析解，利用ANSYS模拟验证了简化的合理性，并以双包层的掺镱光纤激光器为例，把外包层的临界温度设定为80 ℃，计算了光纤激光器在自然对流、风扇制冷和水制冷条件下最大输出功率。计算结果表明：自然对流的情况下，对流传热系数为10 W·m^-2·Ｋ^-1时，光纤激光器的最大输出功率为105 W；风扇制冷的情况下，对流传热系数为80 Ｗ·m^-2·Ｋ^-1时，光纤激光器的最大输出功率820 W；要达到kW以上功率输出，必须对光纤进行主动水冷。     

连续波1.7 μm全光纤气体拉曼激光光源

报道了第一个连续波全光纤气体拉曼激光光源。采用实芯单模光纤与带隙型空芯光纤熔接的方法,制备了长度为50 m、充高压氢气的全光纤结构气体腔,以一个高功率连续波1540 nm光纤放大器为泵浦源,利用氢气分子的纯转动受激拉曼散射有效实现了1693 nm斯托克斯连续激光输出。进一步,通过在气体腔输出端熔接一个中心波长为1540 nm的高反射率光纤布拉格光栅,使得拉曼阈值降低了38.2%,斯托克斯光输出功率最大为2.15 W,腔内拉曼转换效率为72.2%,由于熔接损耗,相对总泵浦光功率的光光转换效率为31.7%。该研究结果为实现高效紧凑的高功率1.7μm光纤激光器提供了一条可行的技术方案。     

国产光纤实现直接抽运全光纤化3000 W级激光输出

基于国产光纤构建了直接抽运全光纤化主控振荡器功率放大器结构光纤激光器, 放大级分别采用武汉烽火锐光科技有限公司和中国电子科技集团公司第四十六研究所提供的国产20/400 μm掺镱双包层光纤作为增益光纤, 通过全国产化放大级实现了3050和3092 W的1080 nm激光输出. 放大级提取效率分别为67.3%和68.2%, 光-光效率分别为63.0%和63.9%. 据可查询资料, 这是公开报道的直接抽运全光纤激光输出的最高水平, 同时由于采用了国产光纤作为放大级增益光纤, 表明国产光纤具备了3 kW级光纤激光器输出能力. 通过国产光纤横截端面以及光纤熔接显微镜图像实验分析知, 光纤制造工艺的不足是导致国产光纤激光器效率低的主要原因. 继续改进光纤工艺, 提升抽运功率, 优化光纤长度, 有望实现更高功率的全国产化光纤激光器输出.     

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。     

调Q脉冲保偏光纤激光器的研究

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,对调Q脉冲保偏光纤激光器进行了理论分析和实验研究.利用TDS5104型示波器探测输出脉冲激光的波形,并用光谱分析仪得到输出脉冲激光的光谱图.利用F-P腔型,在1060nm处获得平均功率为2.55W的脉冲激光输出,重复频率为1kHz时,输出单脉冲能量为2.3mJ,峰值功率为4.7kW.改变腔型,把二色镜倾斜放置兼作输出镜,最终获得了平均功率为3.5W的偏振脉冲激光输出,重复频率为1kHz时,输出单脉冲能量为3.3mJ,脉冲宽度为184ns,其峰 关键词： 激光技术 光纤激光器 掺钕保偏光纤 调Q     

全光纤化的被动式亚纳秒脉冲Yb光纤激光器研究

报道了一种可以被动式产生高峰值功率亚纳秒脉冲的全光纤化的新型Yb光纤激光器.通过在15m长度的Yb增益光纤和一对光纤光栅对组成的线性谐振腔内直接熔接一段特殊掺杂的Bi/Cr共掺石英光纤,在975nm的半导体激光器连续抽运下,实现了高重复频率的高峰值功率亚纳秒短脉冲激光输出.实验结果表明,输出激光的重复频率与吸收的抽运光...     

两个光纤激光器的互相注入锁定

光纤激光器的相干合成技术是实现高功率、高亮度光纤激光系统的重要技术途径.利用分束器分光使两个光纤激光器的能量互相注入，从而使两个光纤激光器达到锁相锁模实现相干输出. 实验研究表明：在独立运行的情况下，两个光纤激光器的远场光斑只是两个激光器光强的简单叠加；在互相注入锁定的情况下，两个光纤激光器的远场光斑是具有高对比度的干涉条纹，并得到两个激光器的输出模式总为异相模.这与理论分析的结果相一致. 关键词： 光纤激光器 相干合成 锁相     

高功率二极管激光器相变冷却技术

根据高功率二极管激光器的散热需求,设计了一种储能式相变冷却实验系统,并开展了喷雾相变冷却器和微通道相变冷却器的设计。采用多孔微结构的换热表面,用氨做制冷剂,实现了喷雾相变冷却器表面温度37 ℃时,散热功率密度达到了511 W/cm2。采用节流汽化原理,分别设计了背冷式相变微通道冷却器和薄片型的模块式相变微通道冷却器,背冷式相变微通道冷却器采用氨做制冷剂, 散热功率密度达到了550 W/cm2,采用R124做制冷剂,散热功率密度约270 W/cm2。采用R124做制冷剂,实现了脉冲激光功率3 kW和连续激光功率100 W的相变冷却二极管激光器模块封装。     

高功率光纤激光器二级抽运技术的理论分析

从理论上分析了高功率光纤激光器直接抽运和二级抽运的斜率效率和热管理问题. 计算结果表明:波长为975 nm的激光直接抽运产生波长为1070 nm的激光时,理论斜率效率为80%,但当抽运光功率为10 kW时,在强制水冷条件下纤芯极值温度也难以降到150 ℃以下;在二级抽运技术中,波长为1018 nm的激光抽运产生波长为1070 nm的激光时,若采用传统的包层抽运技术,其斜率效率不足20%,如果抽运功率填充因子由0.0025提高到0.1,则理论上斜率效率可由18.5%提高到80.9%,从而总斜率效率由15.5 关键词： 二级抽运 功率填充因子 斜率效率 热管理     

Athermal continuous-wave fiber amplifier

We present a new theoretical scheme for Yb³⁺-doped athermal (radiation-balanced) continuous-wave fiber amplifier. This approach allows amplification with optical pumping of the fiber amplifier without detrimental heating of the fiber. Athermal amplification is realized by laser cooling in which waste heat is disposed of in the form of spontaneous fluorescence by balancing the radiated and absorbed power. The radiation-balanced fiber amplification can be realized using a specially designed distributed pumping scheme.     

Intra-cavity power effects in singly resonant cw OPOs

A continuous wave singly resonant optical parametric oscillator (cw SRO) has been developed that can be pumped at a level of up to 15 times its oscillation threshold by a single frequency fiber laser pump source. We report the observation of extremely high intra-cavity circulating powers of over 1 kW at the signal wavelength, and associated effects including heating of the nonlinear crystal, and beam quality degradation. Furthermore we show that these effects may be mitigated by implementing output coupling, while also extracting multi-Watt single frequency power output at both signal and idler wavelengths. PACS 42.65.Yj; 42.55.Wd; 42.62.Fi     

Experimental demonstration of output power spectrum clamping for multi-channel backward-pumped distributed fiber Raman amplifiers

Output power spectrum clamping over C+L band (84 channels) is demonstrated experimentally on a standard 100-km single mode backward-pumped distributed fiber Raman amplifier (B-DFRA). The clamping is realized by pump adjustment based on a simple linear relation of individual pump power versus on-off gain level and gain tilt in its spectrum. The average clamping error over all channels are less than 0.32 dB within the experimental range.     

PSM高压电源干式变压器的热分析计算

多绕组干式整流变压器作为托卡马克装置加热系统中高压电源的一个重要设备，其性能优良与否直接关系到高压电源的输出品质。开展变压器的功率损耗与散热分析研究，减少变压器因温度上升造成的性能影响，对保证变压器的良好工作状态是十分重要的。通过MATLAB对干空气下的比热容、传热系数等热物理性质与温度的关系进行拟合分析，得到相关的关系方程，对变压器的对流传热与热辐射进行分析计算，得到仅在空气自然对流和热辐射的情况下，不能使变压器的温度控制在满足性能的温度范围之内。在强迫空气对流的情况下，实现了变压器良好的散热。进一步利用ANSYS对变压器的温度场分布进行分析，利用温度场的分布趋势图观察强迫风冷相对于自然冷却的优点，强迫风冷降低了整体的温度，使热量更快地散发到周围大气中，减少了变压器受高温的危害。     

30℃～420℃黑体温度控制及自整定研究

作为红外标准光源,要求30℃～420℃黑体能快速升温到设定温度点,并保持温度稳定。针对其升降温功率差别大、滞后大等特点,用开关控制冲击响应自整定方法,得到黑体温升超调量、最大升降温速率等参数,采用复合智能温控策略,实现了30℃～420℃黑体温升前期快,接近设置温度时改以渐进方式达到并稳定在设定温度点。实验结果表明,实现了30℃～420℃黑体无超调地到达设定温度点,且稳定性为±0.03℃/min,该指标达到了国际同类产品水平。     

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。