高功率光纤端帽实现6kW激光输出

高功率光纤端帽是kW级光纤激光器必不可少的器件,而实现光纤端帽的低损耗高强度熔接是其关键技术。由于光纤和大尺寸光纤端帽在直径上的巨大差异,二者的熔接不能通过传统熔接机实现。设计并搭建了光纤端帽熔接系统,掌握了多种尺寸的光纤端帽的熔接工艺,成功用于光纤激光器及光纤合束器的高功率输出。实验上利用单模光端帽实现了3.01kW的激光输出,在未进行主动制冷的情况下温升为7℃/kW。利用多模光纤端帽实现了6.08kW的激光输出,在未进行主动制冷的情况下温升为6℃/kW。     

千瓦级双包层光纤激光器冷却方案设计理论和实验研究

尽管双包层光纤激光器的散热性能好于传统的固体激光器的散热性能,光纤激光器中的热沉积仍然是限制提高其输出功率的重要因素.以双端抽运的400 W双包层光纤激光器为实例,定量分析了光纤内的热沉积分布.根据所建立的散热模型,为了确保千瓦级双包层光纤激光器安全稳定的运行,抽运端附近的对流换热系数应大于2.8×10^-2W·cm^-2K^-1.据此设计出高功率双包层光纤激光器抽运端冷却装置并成功应用在激光系统中,获得了千瓦级的激光输出. 关键词： 热沉积 散热 双包层光纤激光器     

基于飞秒激光直写光纤光栅的掺镱光纤激光器

 利用飞秒激光微加工技术,可以在光纤纤芯内直写出布拉格光栅,它与传统的光纤光栅制作方法相比,具有耗时短、无需光敏光纤、周期可任意设定、光栅稳定性高等优点。采用800 nm钛宝石飞秒激光器,在Hi1060光纤内写入一支8 mm长的布拉格光栅,光纤光栅的周期为2.9 μm,这是中心波长为1 042 nm的八阶光纤布拉格光栅。将所得光栅与一段有源的双包层光纤熔接,作为激光输出镜,利用975 nm的LD光纤模块作为泵浦源,采用端泵浦技术构成双包层光纤激光器。双包层光纤采用Nufern公司镱(Yb³⁺)离子掺杂双包层光纤,光纤长度3 m。所得激光器的输出功率为71.1 W,中心波长1 042 nm,带宽约为0.8 nm。     

二波混频高功率单频窄线宽光纤激光器

设计并制造了一种基于二波混频的高功率单频窄线宽光纤激光器.激光器采用长线形腔结构,以Er3+/Yb3+双包层光纤作为增益介质,利用输出信号光分束反馈注入,与腔内振荡激光混频干涉,形成分布的增益光栅与折射率光栅共同作用选模,获得稳定的1550.63 nm单频高功率激光输出.在975 nm多模激光二极管(LD)抽运下,激光...     

双包层光纤光栅选频双包层光纤激光器

双包层光纤激光器中多采用法布里珀罗(F-P)线形腔结构,谐振腔为一只二向色镜和光纤端面菲涅耳反射镜(反射率约为4％)构成,这属于一种有缺陷的腔结构,其稳定性不好,产生激光的波长很难得到有效控制,后腔镜不能精确选择激光器的输出波长,激光器的输出谱线较宽。在某些对激光波长有明确要求的应用中,该结构会受到限制。采用布拉格光纤光栅作腔镜,利用其窄带滤波特性,可以得到窄线宽的激光输出,目前报道的作为腔镜的布拉格光纤光栅为在单包层光敏光纤上制作而成,然后分别将不同反射率的光纤光栅与双包层增益光纤熔接,这给腔镜与双包层光纤之间带来很大的耦合损耗,影响了激光器的功率输出。该文报道了用相位掩模法在双包层光纤芯上写入了布拉格光纤光栅,并把此光纤光栅做为后腔镜．对长度为10m、20m的D形掺Yb^3 双包层光纤激光器进行实验研究,在1058nm附近得到稳定的窄线宽激光输出,3dB带宽为0．329nm。激光器最大输出功率为570mW。最后对实验结果进行了理论分析。     

利用光纤光栅的高功率掺镱光纤激光器

报道了利用一对光纤光栅作为双包层Yb^3 掺杂光纤激光器的谐振腔，激光二极管光纤模块(LD)进行了抽运，并采用锥形光纤实现了全光纤化结构，获得了高功率双包层光纤激光器。光纤光栅通常是用融接技术实现与双包层光纤的一体化连接的，采用的双包层光纤为内包层为梅花瓣形结构的掺Yb^3 离子的石英光纤，采用的抽运源为中心波长为970nm的半导体激光光纤输出模块，在抽运源电流达到2．4A时，获得了10．8W的光纤激光器单横模输出，输出波长1100．5nm，峰值半峰全宽(FWHM)为0．54nm，激光器斜效率为59％。     

1μm全光纤MOPA结构激光器输出特性研究

主振荡功率放大（main oscillation power amplification, MOPA）结构由于其光束质量良好和参数可调的优点,已成为高功率光纤激光器的主流设计之一。为了改善高功率掺镱光纤激光器（ytterbium-doped fiber laser, YDFL）的输出性能,提高系统的光-光转换效率,文中报道了一台基于915 nm泵浦激光器和双包层掺镱光纤（ytterbium-doped fiber, YDF）的MOPA结构全光纤高功率激光器。该高功率光纤激光器由电调制激光二极管（laser diode, LD）泵浦的种子激光器和掺镱光纤放大器（ytterbium-doped fiber amplifier, YDFA）组成。连续光（continuous wave, CW）工作模式下,激光种子源经过YDFA后,实现了中心波长为1 069.96 nm的激光输出,最大平均输出功率可达945.9 W,MOPA激光器整机的斜率效率高达74.12%,具有良好的稳健性。该研究方案对研制高功率MOPA光纤激光器具有参考意义。     

高功率掺镱双包层光纤激光器中光纤损伤及其理论分析

针对高功率掺镱双包层光纤激光器热效应引起的光纤损伤情况,由热传导方程,结合边界条件推导了两端泵浦情况下双包层光纤激光器光纤内的温度分布及热效应引起的应力分布,并对光纤内的温度分布和应力分布进行了数值模拟.结合模拟结果,对光纤的损伤进行了解释,分析了引起光纤热效应的主要因素.对两端泵浦情况的模拟与分析符合高功率光纤激光器的实际工作情况,这对优化高功率光纤激光器的设计有一定的参考价值.     

国产掺镱双包层光纤的激光特性

 采用MCVD方法研发了掺镱双包层光纤，并对其结构特性、荧光特性和激光特性进行了测试和研究。其D形内包层尺寸为400/450μm，数值孔径为0.36,纤芯直径约为16μm，数值孔径约为0.18。荧光谱线的范围为1 000~1 140 nm，1 030 nm处的峰宽大于50 nm。采用大功率激光二极管单端泵浦6 m长的双包层光纤，在泵浦入纤功率为61 W时， 获得了32 W的激光输出，斜率效率为64%。该光纤在高功率处未发现饱和现象，通过优化光纤参数与泵浦方式还可以提高转化效率和输出功率。实验表明该光纤可以取代进口光纤用作高功率激光器件。     

端面泵浦掺Yb3+双包层光纤激光器

从双包层光纤激光器的速率方程出发，得到了光纤中泵浦光与激光的功率分布、输出功率与泵浦功率的关系、腔镜反射率及光纤长度对输出功率的影响。研究结果表明：输出激光功率与光纤长度及后腔镜反射率有很强的依赖关系，存在一个输出功率最大的最佳光纤长度。后腔镜反射率越大，输出激光功率越小；当光纤长度较短时，在输出端放置反射镜使泵浦光高反射，可以提高输出功率和效率。通过对端面泵浦掺Yb3+双包层光纤激光器进行理论分析和实验研究，得到输出激光的中心波长为1088.3nm，斜率效率为33.7%，最大输出功率为1.75W。     

高重复频率短脉冲全光纤激光系统

采用时分复用技术在输出80MHz重复频率光纤锁模激光器的基础上,实现了重复频率倍增,获得了160MHz的高重复频率输出。理论和实验研究了高重复频率短脉冲在大模面积掺Yb3+光纤中的放大特性,实验上获得了输出平均功率105W,脉冲宽度12.4ps,重复频率160MHz的高重复频率短脉冲光纤激光系统。     

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.     

自由耦合输出的大模场面积光子晶体光纤锁模激光器

对一种基于高增益掺Yb³⁺大模场面积光子晶体光纤（PCF）的锁模激光器进行了简化线型腔结构的实验和理论研究.实验中直接使用塌陷打磨为0°角的光纤端面作为一端腔镜,利用其端面反馈获得了激光振荡,并进一步利用半导体可饱和吸收镜（SESAM）和光栅对的滤波作用实现了稳定的锁模运转.通过调节滤波程度,使激光器实现了从宽带滤波锁模到窄带滤波锁模的连续可调谐.在宽带滤波锁模的条件下,得到了最大平均输出功率2.2 W,单脉冲能量29.3 nJ,脉冲宽度367 fs的锁模脉冲输出;在窄带滤波锁模的条 关键词： 飞秒激光 光纤激光器 光子晶体光纤 大模场面积光纤     

Thermally tunable microfiber knot resonator based erbium-doped fiber laser

A compact and tunable erbium-doped fiber laser is demonstrated using a highly doped fiber and a microfiber knot resonator (MKR) structure which is laid on the surface of a small peltier. The MKR functions as both a reflector and a tunable filter where tunability is achieved by varying the temperature of the resonator by heating the peltier. A stable laser output is achieved at the 1533 nm region with an optical signal to noise ratio (OSNR) of 27 dB using a 65 mW of 980 nm pump power. The operating wavelength of the laser can be tuned from 1532.60 nm to 1533.49 nm as the temperature is increased from the room temperature of 24 to 90 °C. It is observed that the operating wavelength shifts to a longer wavelength as the temperature increases with an efficiency of 12.4 pm/°C. This is due to the thermally induced optical phase shift attributable to the changes in effective refractive index and optical path length of the MKR loop.     

小半径弯曲条件下传能光纤传输效率研究

利用光线理论分析弯曲光纤模型中的包层光线传输特性,结合半导体激光模块传能尾纤弯曲实验表明,由于光纤弯曲有效数值孔径减小而进入包层的光线并未完全被耗散,当光纤弯曲部分长度较短时,部分未耗散掉的包层光在进入直光纤部分后仍可重新回到纤芯中进而长距离传输作为有用光输出。该结论表明弯曲光纤的传输效率由弯曲半径和弯曲光纤长度共同决定,即在光纤弯曲半径远小于传统理论临界半径的情况下,合理控制传能光纤弯曲部分的长度,仍可获得较高的传输效率。     

采用国产大模场面积双包层光纤的714W连续光纤激光器

采用两个中心波长约976 nm准直输出的高功率半导体激光模块为抽运源,通过空间滤波和非球面透镜耦合技术,双端抽运长度为21 m的大模场面积国产掺镱双包层光纤,获得了714.5 W的高功率连续激光输出。采用反向抽运,当入纤抽运功率为760 W时,激光输出功率达到501 W;采用双端抽运,当入纤抽运功率为1137 W时,获得了714.5 W的高功率连续输出,光光转换效率为62.8%,斜率效率为67%。     

波长可调谐取样光纤光栅激光器的输出特性研究

建立了具有两个取样周期略有不同的取样光纤光栅反射镜的Vernier波长调谐机制的光纤分布布拉格反射式激光器的数值仿真模型,对激光器的输出特性进行了分析. 研究了激光器输出特性随着激光器前后光栅反射镜波长以及前后光栅反射镜反射率的变化关系. 提出了对两取样光栅反射率的优化配置方案,可以使输出激光的边模抑制比有所提高;同时对波长调节方式也进行了探讨;进行了实验研究. 关键词： 取样光纤光栅 光纤激光器 波长可调谐激光器     

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。     

高功率宽调谐范围掺Yb3+光子晶体光纤激光器

采用闪耀光栅作为色散元件,构建了前向、后向输出两种结构的可调谐掺Yb3 光子晶体光纤激光器,并对其输出特性进行了分析研究.在抽运功率5.75W时,前向输出结构实现了1050.6～1110.2 nm的连续调谐输出,光谱线宽约0.1 nm,边模抑制比大于44 dB.在调谐激光波长为1085 nm时,得到最高输出功率677 mW.结构改进的后向输出结构的可调谐输出结构在抽运功率4.43 W,调谐波长1075 nm,实现了2.21 W的功率输出,斜率效率为73%;调谐范围50.9 nm(1042.1～1093 nm),光谱线宽小于0.08 nm,边模抑制比大于50 dB.两种结构的可调谐激光器输出均为线偏振光,偏振度大于89.5%.     

3μm与2μm级联振荡Ho3+:ZBLAN光纤激光器的动态特性分析

基于传输速率方程，对Ho³⁺:ZBLAN光纤激光器的动态特性——上能级粒子数以 及输出激光功率的弛豫振荡特性进行了数值分析.通过忽略光纤参数对传输方向的依赖性，抽运光 和信号光的功率传输方程被分别简化处理.结果表明，在⁵I₆能级的 粒子数首先经历 一次弛豫振荡后，⁵I₆和⁵I₇能级的粒 子数交替弛豫振荡并达到稳态；同 样，在3μm波长的激光功率首先经历一次弛豫振荡后，3μm和2μm波长的激光功率交替弛豫 振荡并达到稳态，而且，弛豫振荡时的峰值功率远大于稳态时的激光功率. 关键词： 光纤激光器 动态特性 光纤激光理论 钬光纤