双向级联泵浦部分掺杂光纤实现近8 kW高光束质量激光输出

<正>近年来,级联泵浦方案由于泵浦亮度高、量子亏损小、热管理方便等优势,成为了实现高功率光纤激光输出的重要技术手段。当前常用的级联泵浦源工作波长多为1018 nm,由于掺镱光纤在该波长处的吸收较弱,往往需要使用较长的光纤以实现充分的泵浦吸收,而长光纤导致激光器的受激拉曼散射阈值较低,限制了功率的进一步提升。2021年,国防科技大学报道了基于前向级联泵浦的部分掺杂光纤(confined-doped fiber, CDF)激光放大器并实现了7 kW的高光束质量激光输出,     

窄线宽光纤激光突破4kW近单模输出

高功率窄线宽光纤激光在光束合成、非线性频率变换等领域具有重要应用需求,近年来成为激光技术领域的研究热点.目前,已有多家单位报道了千瓦级(以上)量级的高功率窄线宽光纤激光.2016年,笔者所在课题组基于半导体直接泵浦方案实现了1.89 kW线偏振窄线宽激光输出,偏振消光比为15.5 dB,3dB激光线宽为45 GHz;2...     

国产双锥形光纤实现4kW单模激光输出

基于自主研制的双锥形掺镱双包层光纤,开展了全光纤高功率光纤激光放大实验。激光系统实现了中心波长为1080 nm、最高功率为4 kW的单模激光输出,其光光效率和斜率效率分别为82%和83%,质量因子(M²)为1.33,拉曼抑制比为44 dB。实验结果表明,双锥形光纤具有同时提高非线性效应和模式不稳定性效应阈值的优势,有利于进一步提升高光束质量光纤激光器的输出功率。     

采用新型泵浦源抑制TMI实现单端泵浦4kW单模光纤激光

正目前,模式不稳定(TMI)效应已经成为高功率光纤激光器功率提升的重要限制因素。根据TMI的产生机理,主要从以下三个方面对其进行抑制:降低增益光纤的热负荷、降低激光器中高阶模式的比例、消除导致模式耦合的热致长周期光纤光栅。一般而言,通过提高激光器的量子效率可以降低热负荷;在设计激光器时,综合运用高光束质量的种子源、光纤参数选择、光纤缠绕、泵浦方式优化等方式降低高阶模式的比例;通过泵浦电流调制等方式消除热致长周期光纤光栅。     

全光纤振荡器实现2.5kW单模输出

正高功率光纤激光器在工业加工、材料处理等领域有着诸多应用,得到国内外研究机构的广泛关注。目前,高功率光纤激光器主要有两种结构,一种是直接振荡器结构,一种是主振荡功率放大结构。采用振荡器结构的光纤激光器具有结构简单、稳定性好、成本低廉等优点,是目前中低功率激光器市场使用较多的一类方案。2013年,国防科学技术大学基于单端抽运结构实现了输出功率1kW的全光纤振荡器     

飞秒激光刻写FBG实现5kW近单模光纤振荡器

<正>高功率光纤振荡器具有结构简单、抗回光能力强、成本相对较低等特点,被广泛应用于工业加工领域。光纤布拉格光栅(FBG)是全光纤结构振荡器中不可或缺的器件,扮演着腔镜的角色。目前,工业用的FBG主要通过紫外曝光法制备,光纤需要预先载氢,刻写完成后需要进行退火处理,这些都增加了FBG的制备时间,且对FBG的性能会造成一定的影响。     

国产锥形光纤实现4.2kW近单模窄线宽激光

<正>近年来,高功率窄线宽光纤激光在非线性频率变换、光束合成等领域有广泛的应用需求。受限于非线性效应[受激拉曼散射（SRS）和受激布里渊散射（SBS）]和模式不稳定（TMI）效应等,目前基于常规商用大模场光纤实现了最高5kW级的窄线宽掺镱光纤激光输出。纤芯直径沿光纤纵向变化的锥形光纤逐渐被用于高功率光纤激光器中,在抑制非线性效应、保持光束质量等方面展现了优势。目前,基于锥形光纤实现了最高5kW级的宽谱光纤激光输出。     

准单模光纤激光器高质量光束输出近2kW

美国麻省IPG光电子公司开发的掺镱单模光纤激光器最近获最高功率(1960W)和最高强度(衍射极限直径光斑内的功率1300W)的激光输出。准单模光纤激光器的光束质量M~2为1.2,在1075nm以小于10nm线宽发射激光。该激光器有三个抽运级。振荡     

(1+1)型泵浦增益一体化光纤实现同带泵浦万瓦激光输出

<正>(N+1)型泵浦增益一体化光纤通常由一根有源信号纤和至少一根无源泵浦纤紧密贴合并共同被包层包覆而成,它是集泵浦注入、增益放大、热管理于一体的复合功能光纤。(N+1)型泵浦增益一体化光纤集中体现了长距离分布式侧面泵浦技术的优势,是万瓦级激光输出的有效技术途径。2004年开始,英国南安普顿大学的研究团队率先开展了泵浦增益一体化光纤的研究工作。2009年美国IPG公司基于(1+1)     

10 GHz窄线宽线偏振近单模全光纤激光器实现5 kW功率输出

<正>受非线性效应、热透镜、材料损伤等各种物理因素的限制,近单模光纤激光器的输出功率存在物理极限。自美国IPG公司2013年实现20 kW近单模光纤激光输出以来,功率没有进一步提升。多路近单模光纤激光的相干合成是提升其输出功率的一种有效技术途径,同时还可以保持良好的光束质量。但相干合成系统需要单路光纤激光具有窄线宽、线偏振、高光束质量等特性。除了相干合成外,窄线宽线偏振激光器还在光谱合成、非线性频率变换、引力波测量等领域中具有重要应用。     

飞秒激光刻写FBG实现3.2kW单模光纤振荡器

采用飞秒激光相位模板动态刻写技术,在非载氢大模场双包层光纤（纤芯直径/内包层直径为20μm/400μm）上制备了中心波长约为1080 nm的光纤布拉格光栅对。高反射光纤布拉格光栅的反射率大于99%,低反射光纤布拉格光栅的反射率约为10%。利用这对光纤布拉格光栅搭建了高功率全光纤激光振荡器,实现了3.2 kW近单模激光输出,光束质量（M²）约为1.28,斜率效率约为77.9%。这是国内飞秒激光刻写的光纤布拉格光栅首次实现千瓦级以上的激光输出,研究结果对高功率光纤布拉格光栅的制备和高功率光纤振荡器的发展都有重要的意义。     

同带泵浦光纤激光器用泵浦光纤设计

同带泵浦结构是使激光器单根光纤达到输出功率极限的实现方法之一.文章针对同带泵浦结构激光器开展了研究,首先通过建立简化模型进行数值模拟,确定了同带泵浦结构激光器的最佳泵浦波长应位于1010~1030nm;然后研制了高效率1018nm 光纤并进行了激光性能测试和对比分析.结果表明,通过共掺使Yb3＋ 离子发射次峰蓝移,能促进1018nm 激光的输出;增大芯包比有助于提高1018nm 输出激光效率.     

线偏振窄线宽单模光纤放大器实现2.43kW的功率输出

正线偏振窄线宽光纤放大器在非线性频率变换和光束合成等领域有着广泛的应用。目前,非线偏振窄线宽光纤放大器的输出功率已经突破4kW。相对于非保偏光纤,保偏光纤中的非线性效应更强,且模式不稳定(TMI)阈值更低。因此,基于保偏光纤实现高功率全光纤线偏振激光输出更具挑战性。目前,国际上公开报道的全光纤线偏振窄线宽放大器的输出功率大多为1.5kW左右。2015年11月,国防科技大学利用三级级联相位调制方案,实现了1.89kW的线偏振窄线宽激光输出,但是由于TMI的存在,输出功率的进一步提升受到限制。     

基于单模光纤选模机制的单模输出6芯光纤激光器

为了实现多芯光纤激光器的单模输出,提出一种新的选模机制,即利用单模光纤进行选模。采用单模光纤和全反镜相结合作为选模器件,可以使6芯光纤激光器中同相位超模的耦合效率远远大于其他高阶超模,从而使高阶超模得到有效的抑制,实现高亮度的同相位超模单模输出。为了提高同相位超模的耦合效率,可以进一步优化单模光纤纤芯尺寸,同时调节单模光纤和6芯光纤之间的间隙距离。将同相位超模的耦合效率代入速率方程进行理论模拟,证明输出功率和耦合效率之间的必然联系,结果显示同相位超模输出功率随着耦合效率的增大而增大,得到单模输出的最大光-光转换效率为63.7%。     

基于宽谱激光双色镜合成的8kW近单模光纤激光器

<正>受到非线性效应、模式不稳定效应等因素的限制,单模光纤激光器的输出功率存在极限。为了提升近单模光纤激光器的输出功率,研究人员提出了光谱合成、双色镜合成等功率提升方法,这些方法既能够提升激光功率,又能保持单路激光良好的光束质量。当前,大部分光谱合成和双色镜合成都是基于窄谱激光实现的。对于中高功率的单模光纤激光,基于宽谱光纤激光器的双色镜合成方案也是一种低成本高可靠性的技术途径。     

基于7×1光纤功率合束器的大于6kW的光纤激光合成

<正>光纤激光器具有转换效率高、光束质量好、结构紧凑以及维护方便等优点,近几年得到了飞速发展,已在科学研究、工业制造和国防安全等领域得到了广泛的应用,同时也是未来高功率激光发展的重要方向之一。光纤功率合束器是实现高功率光纤激光的核心元器件,可将多个中等功率的光纤激光器进行功率合成,以获得更高功率的光纤激光输出,彻底解决单根光纤激光器由于非线性效应、光纤端面损伤、热透镜效应等因素造成的功率瓶颈的问题。攻克光纤合束器的关键技术,研制出高效率高功率的光纤功率合束器,     

自研光纤实现高SRS抑制21.39 kW激光输出

<正>受限于半导体激光的低亮度特性,以半导体作为泵浦源的单路光纤激光输出功率在10 kW之后面临泵浦注入瓶颈,输出功率难以进一步提升。同带泵浦技术以高亮度光纤激光作为泵浦源,大幅提升了光纤可注入功率上限和激光输出潜力。由于镱离子对泵浦激光的吸收截面在波长1018 nm处比在976 nm处低一个数量级,为了达到相同吸收强度,需要提升镱离子的掺杂浓度,以避免过长光纤引起的严重受激拉曼散射(SRS)效应,同时还需要将光纤损耗控制在较低水平,