1.5kW全光纤线偏振激光器

报道了一台全光纤结构的1.5kW线偏振光纤激光器。激光器采用振荡器结合一级放大的主振荡功率放大器(MOPA)方案。振荡器中心波长为1080nm,工作时输出功率30 W,经放大器一级放大后实现近衍射极限输出,功率达到1.5kW,光-光效率81.5%,消光比13.8dB。这是目前线偏振光纤激光器输出功率的最高值。     

不同振荡放大比MOPA型化学激光器的数值模拟

主振功率放大型装置在高能激光器中有着广泛的应用, 在增益体积和沿光轴方向增益长度一定的情况下, 为了得到高能化学激光器主振部分和放大级部分的最佳比例, 研究了不同振荡放大比对输出光束的近场强度以及最终输出功率的影响. 使用快速傅里叶变换的算法经过迭代计算得到了1:4, 1:1, 2:1三种振荡放大比情况下的近场光束强度分布, 并计算了其强度分布均匀性及最终输出功率情况. 计算结果表明: 采用MOPA 结构的氟化氘化学激光器, 振荡放大比越大, 主振荡部分输出的能量越高, 谐振腔内功率密度越大, 对腔内镜片的承受能力要求越高; 而振荡放大比越小最终输出光束的衍射放大效应越明显, 对光束质量越不利. 在本文条件下, 计算结果还表明, 振荡放大比对功率会产生影响, 存在一个最佳的比例使得输出功率最大. 振荡放大比对输出功率的影响随主振部分输出耦合率, 光路中的各种损耗, 增益的规模等多种参数的不同而变化, 工程运用中可根据具体参数进行计算. 关键词： 主振功率放大 光学谐振腔 近场强度 光束质量     

1064nm超短腔DBR单频掺镱硅酸盐光纤激光器

提出了一种基于高掺杂硅酸盐增益光纤、输出波长为1 064nm的超短腔单频光纤激光器.该单频光纤激光器采用分布布拉格反射式腔型结构,有效腔长为2cm,其增益介质为1.1cm长的高浓度掺Yb3+光纤.通过恰当的温度控制,获得了线宽为4.8kHz的稳定单频激光输出.当注入泵浦光为378mW时,输出功率为13mW,斜效率为3.4%.在频率大于1 MHz时,测得该光纤激光器的相对噪声强度值约为-132dB/Hz.采用主振荡功率放大结构,对该单频光纤激光器的输出功率进行放大.当放大增益光纤长度选取为56cm时,得到了325mW的最大输出功率,其斜效率为52.8%.     

高功率激光器MOPA相干合成系统分析

输出功率和光束质量一直以来都是高功率激光器的两大技术难点。本文采用并联主振荡-功率放大(MOPA)相干合成方法来提高输出光束的功率和光束质量。建立多级MOPA相干合成系统模型,通过计算分析,得到耦合效率、合成效率对合成功率密度及系统输出功率大小的影响;并对模型略加扩充,得到相位偏差对相干合成功率密度的影响,为高功率激光器的设计提供依据。     

国产全光纤结构激光器实现245 W高功率激光输出

 以国产掺镱光纤为增益介质,利用国产泵浦源和光纤器件,构建了主振荡功率放大（MOPA）结构的全国产大功率全光纤激光器。激光器包括10 W种子激光器和高功率放大器两部分。在注入最大泵浦功率为356 W时,获得了245 W波长1 080 nm激光的稳定输出,光-光效率为69%。激光器单次连续出光时间约30 min,功率稳定性在1%以内。目前激光器输出功率受限于泵浦功率,增加泵浦源的数目有望进一步提高输出功率。     

窄线宽全光纤激光器实现666 W高功率输出

搭建了一台主振荡功率放大（MOPA）结构的窄线宽全光纤激光器。利用噪声相位调制技术将单频激光线宽展宽至0.3 GHz,通过四级放大器结构对10 mW的窄线宽种子激光进行放大,获得了功率为666 W的窄线宽激光输出。该窄线宽激光器输出功率仅受限于泵浦功率,增加泵浦功率有望进一步提高输出功率。     

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.     

12kW二极管泵浦激光模块

二极管泵浦固体激光器（DPL）具有寿命长、热负载小、结构紧凑等优点，在工业加工、军事、通讯等领域都得到了广泛的应用。在高光束质量、高平均功率DPL激光器的研究中，目前普遍采用MOPA结构的光路布局——由谐振腔产生出低功率的单横模激光输出，经多路放大后达到满足需求的功率水平。而激光放大模块作为放大光路中的核心部件，其增益分布特性将直接影响到光束放大过程中的波前变化，因此如何在提高激光放大模块储能的同时提高模块增益分布的均匀性，从而减少光路放大过程的波前畸变，对于进一步研制高平均功率、高光束质量的半导体泵浦固体激光器具有非常重要的意义。     

主振荡功率放大装置中的放大自发辐射效应和能量提取效率

 建立了放大自发辐射(ASE)和相干激光能流耦合的模型,使用迭代算法,计算了长方体形状放大级中的ASE能流和相干激光能流的分布以及放大级出口0.5 m处的ASE分布,并讨论了入射光强、饱和光强对输出功率及能量提取效率的影响。对于增益区呈长方体、增益系数沿流场方向呈抛物线分布的放大级的计算结果表明：输入光的存在不仅会降低放大级中ASE光强的大小,而且将改变ASE的分布,使放大级中ASE能流的极大值向入口处移动;在饱和光强一定的情况下,输出功率和能量提取效率将随着入射功率的增大而增大;在入射光强一定的情况下,输出功率将随着饱和光强的增大而增大,而能量提取效率将随着饱和光强的增大而减小。     

400 Hz高光束质量高功率短脉冲激光器

研制了大能量高光束质量短脉冲激光器,系统采用主振荡+预放大器+主放大器2级主振荡功率放大器(MOPA)结构。采用双棒热效应补偿改善光束质量的措施,在重复频率400 Hz时实现单脉冲能量40 mJ、光束质量因子约为1.2的激光输出。激光器放大后实现单路脉冲能量712.5 mJ、脉宽12.4 ns的激光输出,采用球差补偿的方法提高了激光器的光束质量,在最大输出功率下实现了光束质量因子小于2.3,光光效率27.7%。偏振合束后,激光器输出能量大于1.4 J。     

主振荡功率放大短脉冲光纤激光系统的偏振特性研究

对自行研制的主振荡功率放大结构短脉冲双包层光纤激光系统(2W,30ps)的偏振特性进行了研究.分别研究了种子源激光和经过包层泵浦放大后输出激光在连续工作和脉冲输出情况下的偏振特性,结果表明在不加偏振控制措施情况下,系统输出为椭圆偏振光,偏振度和偏振角都容易受到光纤扰动的影响;在激光腔内加入起偏器后,输出线偏振光,偏振态相对比较稳定,但是偏振角度仍然容易受到光纤扰动的影响.实验证明:经过高功率放大后,输出激光的偏振态稳定性有一定程度的下降,在进行激光相干合成前需进一步加以控制.     

A kilowatt level diode-side-pumped QCW Nd:YAG ceramic laser

We demonstrate a kilowatt level Quasi-continuous-wave (QCW) diode-side-pumped Nd:YAG ceramic laser at 1064 nm. The laser system adopts a master oscillator power amplifier scheme (MOPA). The master oscillator contains two diode-pumped laser modules. Under the pump power of 2000 W, an output power of 686 W was obtained. After amplified by an identical ceramic laser module, a maximum output power of 1020 W was obtained under a total incident pump power of 3433 W, corresponding to an optical-optical conversion efficiency of 29.7%. At the maximal output power, the repetition frequency was measured to be 1 kHz and the pulse width was 114 μs. To the best of our knowledge, this is the first time to realize QCW side-pumped Nd:YAG ceramic laser system with output power above 1 kW.     

175-W continuous-wave master oscillator power amplifier structure ytterbium-doped all-fiber laser

We report on hundred watts range ytterbium-doped all-fiber laser assembly based on the master oscillator power amplifier structure. It consisted of an oscillator and an amplifier with all-fiber components. And fiber fusion splice made the laser be an integrated fiber system. It generated up to 175.5 W of continuouswave (CW) output power at 1085 nm with more than 75% extraction efficiency in the amplifier when the total coupled pump power into the double clad fiber was 270 W.     

主振荡功率放大结构窄线宽全光纤激光器334 W高功率输出

 搭建了一台全光纤结构的窄线宽高功率掺镱光纤激光器。种子激光的输出功率大于40 mW,线宽窄于100 MHz。采用主振荡功率放大结构三级放大,主放泵浦功率为405 W时得到了334 W的窄线宽高功率激光输出,光光转换效率为82.4%。目前,激光器输出功率仅受限于泵浦功率,增加有效泵浦功率即有望进一步提高输出功率。     

Injection-Seeded 500 Hz Repetition Rate High Peak Power Single-Frequency Nd:YAG Laser for Mid-Infrared Generation

We develop an injection-seeded single-frequency neodymium-doped yttrium aluminum garnet (Nd:YAG) laser with 500 Hz repetition rate and high peak power. The laser construction is designed as seed injection and master oscillator power amplifier (MOPA) including single-frequency master oscillator, extra-cavity frequency doubling crystal, and round-trip power amplifier. The master oscillator can emit 1,064 nm laser of 8.4 mJ with 6.8 ns pulse width at the pump energy equal to 23 mJ. A green laser energy of 1.1 mJ is obtained by setting the proper temperature of the LBO crystal. The pulse energy of 1,064 nm laser decreases to 6.5 mJ after passing through the LBO crystal and rises to 25.3 mJ after a round-trip power amplifier corresponding to the extraction efficiency of 29%. The final output pulse width is 6.5 ns, representing a peak power of 3.9 MW. The 1,064 nm laser beam quality factor M² of the master oscillator and the amplified one are 1.3 and 1.5, respectively. The laser will be used to generate mid-infrared where the 532 nm laser with narrow pulse width is to pump sheet optical parametric oscillator (OPO) and the 1,064 nm laser with high peak power to pump the OPO.     

Diode-pumped Nd:YLF slab master oscillator power amplifier laser system with 655 m J output at 50 Hz repetition rate

A laser-diode-pumped high-pulse-energy Nd:Li YF4 master oscillator power amplifier 1053 nm laser system is demonstrated. We design a home-made pump module to homogenize the pump intensity through the ray tracing method. To increase the extraction efficiency, the pre-amplifier adopts a double-pass amplification structure. At a repetition rate of 50 Hz, 655 m J pulse energy and 12.9 ns pulse width of 1053 nm laser is obtained from the master oscillator power amplifier system. The corresponding peak power is 51 MW. The optical-to-optical efficiency of the system is about 9.7%.     

90.4-W all-fiber single-frequency polarization-maintained 1083-nm MOPA laser employing ring-cavity single-frequency seed oscillator

A high-power all-fiber single-frequency polarization-maintained（PM）laser operating at 1 083 nm is demonstrated using a master oscillator power amplifier（MOPA）structure.The seed source of this MOPA laser system is an in-house-built ring-cavity fiber oscillator.Four-stage amplification configuration is employed, in which the maximal output power of the main amplifier is 90.4 W,corresponding to a conversion efficiency of 72.5%.The polarization extinction ratio of the output light is 13 dB.The amplified spontaneous emission is suppressed by a factor of over 25 dB,and no stimulated Brillouin scattering effect is observed when a large-mode-area and high absorption coefficient PM gain fiber is employed.     

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。