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.     

熔融侧面泵浦耦合器光纤夹角对耦合效率的影响

泵浦耦合器是高功率光纤激光器的关键无源光器件,其制作工艺是采用泵浦光纤和主光纤侧面熔融的方法,该方法可以保持主光纤中信号光的低插入损耗,但泵浦光纤和主光纤之间的夹角对耦合效率影响较大。为解决这一问题,根据熔融侧面泵浦耦合器的结构特点,建立了物理模型,推导出各光纤中光功率与夹角关系的方程组,进行了数值仿真和实验论证,结果是随着泵浦光纤和主光纤之间夹角的减小,耦合效率会逐渐增大,但存在临界值,NA值小的泵浦光纤耦合效率高且临界角大,NA为0.22的泵浦光纤,夹角小于9.7时耦合效率最大值为96.9%,NA为0.15的泵浦光纤,夹角小于11.5时耦合效率最大值为97.8%。     

67.9W高功率全光纤白光超连续谱激光器

利用自主研发的全光纤被动锁模激光器以及高功率光纤模场匹配器,将145 W的皮秒脉冲耦合进国产光子晶体光纤,实现了67.9 W的高功率全光纤结构白光超连续谱输出,光谱范围为500~1700nm,10dB光谱宽度大于1000nm(泵浦波长除外)。整个激光器系统的光-光(半导体泵浦源输出激光-超连续谱输出激光)转化效率达到33.8%。     

分布式抽运连续光纤激光器研究

为了避免高功率光纤激光器中光纤端面出现热效应问题,依据多点级联结构的耦合器,对分布式抽运的光纤激光器进行了研究。首先,介绍了实验室自主研制的级联耦合器。然后,分析了耦合器插入对光纤激光器的影响。最后,选用自制的耦合器搭建了分布式抽运的光纤激光器。实验结果表明:对耦合器插入损耗的研究,能够促进高功率级联耦合器的实现。在光纤激光器结构中,975 nm泵浦功率注入1.1 k W时,1 080nm激光功率输出为770 W,光-光转换效率为77%。在主控振荡功率放大结构中,激光功率输出为635 W,放大级的光-光转换效率为78%。分布式抽运方式可以使泵浦光多点注入,避免了热量的集中,能够获得千瓦级的激光功率输出。     

高功率法拉第隔离器多模退偏特性

理论分析了隔离器在高功率多模激光入射时的自退偏特性.结果表明:线性双折射致退偏与圆双折射致退偏均与入射光功率的平方成正比,线性双折射致退偏与光斑大小无关,而圆双折射致退偏随光斑半径的增大而减小.当光斑半径与旋转晶体半径相比很小时(R0/r0≥80)圆双折射引起的退偏大于线性双折射引起的退偏,当光斑半径接近旋转晶体半径(R0/r0≤3)时,与线性双折射引起的退偏相比,圆双折射引起的退偏可以忽略.对比单模激光入射,在同种条件下,多模入射使得线性双折射致退偏减小了0.4倍, 最小圆双折射致退偏减小为0.05倍.     

光纤激光器故障模式分析

为满足实际工程、生产应用中专业及非专业人员对故障光纤激光器快速修理、修复的需要,研究了一种能够实现快速故障模式及故障原因分析系统。首先,采集实际使用与实验中损坏激光器的故障模式与故障原因记录为数据样本。接着,利用故障树与故障模式影响及危害性分析模型建立光纤激光器扩展故障树,即构建起故障模式与故障原因的对应关系。然后,利用贝叶斯网络分析并得出各故障模式与故障原因的先验概率与后验概率计算方法,再使用Python语言编写交互式窗口,并完成对数据库数据的调用与相应概率计算。最后,通过交互式界面输出当前故障对应的可能故障原因及发生概率,从而实现对光纤激光器故障的快速分析。程序模拟耗时小于1 s,模拟结果与统计结果相吻合,基本满足指导相关人员对故障快速排查并修理的要求。     

全光纤调Q激光器腔内脉宽压缩技术

为了压缩MOPA全光纤调Q激光器脉冲宽度,对谐振腔基本参数进行了研究。首先,根据速率方程理论推导出脉冲宽度的表达式,通过数值解建立表达式参数与脉冲宽度的关系。然后,分析增益光纤长度、腔镜输出透过率、Q开关性能等谐振腔基本参数对全光纤调Q种子源输出脉冲宽度的影响并通过实验来逐一验证结果。最后,通过优化的参数搭建全光纤调Q激光器,在重复频率为20 kHz时,得到脉冲宽度为54 ns、平均功率为0.86 W的种子激光输出。在重复频率为100 kHz时,对脉宽142 ns、平均功率为1.66 W的种子光进行预放大和功率主放大,最终得到平均功率120 W、脉宽180 ns、光谱宽度为0.67 nm的稳定脉冲激光输出。通过提升AOM性能、减小增益光纤长度等参数优化方式构建调Q光纤激光器,能有效压缩谐振腔内脉冲宽度。     

高功率法拉第隔离器多模退偏特性

理论分析了隔离器在高功率多模激光入射时的自退偏特性.结果表明：线性双折射致退偏与圆双折射致退偏均与入射光功率的平方成正比,线性双折射致退偏与光斑大小无关,而圆双折射致退偏随光斑半径的增大而减小.当光斑半径与旋转晶体半径相比很小时（R0/r0≥80）圆双折射引起的退偏大于线性双折射引起的退偏,当光斑半径接近旋转晶体半径（R0/r0≤3）时,与线性双折射引起的退偏相比,圆双折射引起的退偏可以忽略.对比单模激光入射,在同种条件下,多模入射使得线性双折射致退偏减小了0.4倍, 最小圆双折射致退偏减小为0.05倍.     

高功率隔离器单模与多模工作退偏特性

以传统结构隔离器为模型,应用琼斯理论,比较分析了单模与多模激光入射时高功率隔离器热致退偏特性。研究结果表明:高功率隔离器热致退偏可分为线性双折射致退偏与圆双折射致退偏;两种退偏均与入射激光功率的平方成正比;在光功率一定的条件下,线性双折射致退偏不随光斑半径的变化而变化,圆双折射致退偏随光斑半径的增大而减小;在其它条件相同的条件下,多模光场能够有效地降低隔离器热致退偏,多模时线性双折射致退偏仅为单模时退偏的60%,圆双折射致退偏也比单模时要小,减小幅度随光斑半径的增加而增加。