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,     

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。     

国产YDF有源光纤实现单纤20 kW激光输出

正万瓦级YDF掺镱双包层有源激光光纤是高功率光纤激光器的核心增益介质,是制约我国光纤激光技术进步的瓶颈,万瓦级以上超高功率激光光纤的理论设计与制备工艺等关键技术亟需突破。中国工程物理研究院化工材料研究所高功率光纤激光技术所地联合创新中心团队在2020年10月成功制备了富磷少铝抗光子暗化LMA-48/400-YDF激光光纤,基本参数如表1所示,其中NA为数值孔径。     

基于输出光纤为50μm的7×1光纤功率合束器实现大于14 kW的高光束质量光纤激光合成

正由于单路光纤激光器受非线性效应、热效应、模式不稳定等多种因素的影响,进一步提升其输出功率存在较大技术挑战。光纤功率合束器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。国防科技大学于2015年基于自研的、输出光纤为100μm和50μm的7×1光纤功率合束器分别实现了大于6kW的光纤激光合成输出,又于2016年基于自研的、输出光纤为100μm     

国产保偏光纤实现5 kW级窄线宽激光输出

<正>高功率窄线宽线偏振光纤激光器作为一种重要的高亮度光源,在引力波探测、频率转换以及光束合成等领域应用广泛。近年来,通过开发受激布里渊散射(SBS)、受激拉曼散射(SRS)等非线性效应和热致模式不稳定(TMI)的抑制技术,国内外同行在窄线宽线偏振近衍射极限光纤激光的研究方面取得了一系列重要进展。2018年,美国IPG公司基于全保偏光纤结构实现了2 kW窄线宽线偏振激光输出。2022年,中国工程物理研究院先后报道了4.45 kW和5 kW级近衍射极限窄线宽保偏光纤放大器。近年来,国防科技大学持续进行高功率窄线宽线偏振光纤激光的研究工作,2016年,课题组采用级联正弦相位调制技术,     

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,     

国产25/400 μm掺镱光纤实现3.2 kW激光输出

利用改进的化学气相沉积工艺结合溶液掺杂技术制备了高光束质量的25/400 m双包层掺镱光纤。石英纤芯的掺杂组分为Yb2O3、Al2O3、P2O5,Al2O3有助于降低Yb3+团簇,增加Yb3+掺杂浓度,P2O5起到降低光子暗化效应的作用。纤芯-包层折射率差为0.001 2,纤芯的数值孔径为0.06。976 nm波长处的包层吸收系数为2.1 dB/m。构建双向抽运方式的主控振荡器功率放大器结构对增益光纤性能进行测试。实验中,1 080 nm种子光功率为235 W,在抽运光总功率为3 706 W时,实现了最大功率3 243 W激光输出,斜效率为81.1%,光束质量因子为1.7,未发生受激拉曼散射现象。光纤激光器连续工作1 h,输出功率未见明显变化。采用相同测试方法及平台对25/400 m型号的进口光纤进行测试,对比实验结果表明:实验中制备的双包层掺镱光纤主要性能指标已接近进口光纤。     

国产20/400μm规格有源光纤实现3kW激光输出

正光纤激光是继气体激光、化学激光和固体激光之后的新一代激光技术,具有体积小、电光转换效率高、寿命长、光束质量好、易维护等诸多优点。20/400纤芯直径为μm规格的有源光纤(即20μm、包层直径为400μm、数值孔径为0.06的Yb掺杂双包层大模场石英光纤)具有较大的模场面积,可有效抑制非线性效应,其较低的数值孔径与弯曲半径匹配,可     

1kW单端抽运、高光束质量、高稳定性全光纤激光振荡器

与光纤放大器相比,光纤激光振荡器具有结构紧凑、稳定性好、模式不稳定性阈值高、光束质量优良等优点。对单端抽运的1kW级全光纤激光振荡器进行了详细的理论和实验研究。建立了考虑光纤弯曲、模式耦合、抽运波长变化、包层光滤除的速率方程模型;利用国产合束器,搭建了单端抽运全光纤振荡器,在抽运功率为1.5kW时,获得1.04kW功率输出,光光效率为69%。对不同输出功率的光束质量进行测量,光束质量M2均小于1.25。激光器稳定工作1h,功率起伏小于1%。     

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     

7kW级光纤耦合输出全固态激光器

全固态激光器具有效率高、寿命长、光束质量好、体积适中、可柔性传输等优点,是目前较成熟的激光技术之一。近年来,随着激光加工技术迅速发展,数控技术日趋完善,激光加工装备已广泛应用于先进制造业,但所使用的核心部件高功率全固态激光器几乎全部依赖于进口,这在一定程度上制约了大功率激光加工装备的普及,阻碍了我国制造业的发展。     

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。     

国产全光纤激光器实现525W高功率输出

高功率光纤激光器在工业加工、材料处理等领域有着广泛的应用。目前,国际上全光纤结构单模激光输出功率已达到10kW量级,而基于国产器件的全光纤激光器仍停留在百瓦量级。研究并实现基于全国产器件的高功率光纤激光器,对于提高我国在光纤激光器领域的研发和生产实力、打破国外技术封锁和产品垄断,具有重要的意义。     

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     

2kW窄光谱随机光纤激光放大输出

<正>随机光纤激光器(RFL)作为主振荡功率光纤放大器(MOPFA)的种子源,在放大过程中具有线宽保持特性,在高功率窄谱光纤激光及光谱组束领域有广阔的应用前景。中国工程物理研究院应用电子学研究所实现了2kW窄光谱随机光纤激光放大输出。实验装置图如图1所示,种子源以2km单模光纤提供随机分布反馈(RDFB),以窄谱低反光栅控制波长和线宽,获得约900mW的随机激光输出。种子光通过预放大器(pre-amp)后功率被放大至10W,而后经     

基于双色镜的2.3 kW光纤激光光束合成

基于双色镜的光谱合成技术可突破单个光纤激光器输出功率极限的限制，是获得高功率、高光束质量激光输出的有效技术手段。理论上，初步探究了参与合成的光束位置偏移及倾斜误差对合成光束质量的影响，结果表明光束倾斜误差对合成系统的输出特性影响显著。实验上，开展了两路窄线宽光纤激光器的合成实验，使用双色镜作为合成元件，获得了最大输出功率为2355 W的高光束质量共孔径合成输出，光束质量M2为1.9，合成效率大于99%，实验验证了双色镜在反射和透射情况下具有较高的效率。通过进一步提高单路光纤激光的输出功率或增加合成路数，可以实现更高功率和更好光束质量的共孔径激光输出。     

全光纤激光振荡器输出功率突破7kW

高功率光纤激光振荡器具有结构紧凑、抗回光能力强、稳定性好等优点,在工业加工、材料处理等领域有广泛的应用。近年来,随着泵浦源亮度、后向合束器以及光纤光栅等器件工艺的突破,光纤激光振荡器的输出功率得到了稳步提升。2019年和2020年初,国防科技大学在全光纤结构振荡器方面先后突破5.2k W和6k W。2020年日本藤仓公司也报道了输出功率为8k W的近单模光纤振荡器。