光纤激光的频谱组束技术

频谱组束具有结构简单、便于控制等特点,是实现大功率、高质量光纤激光输出的有效手段.介绍了利用光栅、变换透镜等元件进行光纤激光频谱组束的基本结构和原理.综述了光纤激光频谱组束技术的最新进展情况,包括MOPA结构的频谱组束、三光栅结构的频谱组束和基于PTR布拉格光栅的频谱组束;比较分析了各种组束方法的优缺点.分析了当前频谱组束技术要解决的关键问题并展望了其发展前景.     

光纤激光频谱组束技术的研究进展

光纤激光频谱组束是实现大功率、高质量光纤激光输出的有效手段。综述了光纤激光频谱组束技术的最新进展情况,介绍了光栅外腔频谱组束、MOPA结构频谱组束、PTR布拉格光栅频谱组束以及二维阵列的相干和谱组束等方案的基本原理和研究现状,比较分析了各种组束方案的优缺点,最后对频谱组束发展中存在的问题进行了探讨。     

光纤激光频谱组束的仿真研究

基于利用透射体布拉格光栅 准直透镜所设计的非相干组束方案,建立了光纤激光组束的理论模型.依据所建模型,对光栅的组束效果进行了分析.结果表明:最佳组束时,不同的光栅厚度须选择不同的光栅参数;随着光栅厚度的减小,满足最佳组束条件的空间频率和折射率调制将逐渐增大;在折射率调制和空间频率不变的情况下,随着光栅厚度的减小,角或谱的选择性逐渐增大;随着光束发散角和光谱宽度的增大,衍射效率逐渐减小.     

用于光纤激光器光谱组束的外腔反馈研究

为了解决光纤激光器外腔光谱组束中存在像差以及发光单元反馈不足等问题,采用将组束系统中单个传输透镜准直和聚焦功能分离的方法,搭建了光纤激光外腔反馈系统,实现了激光波长的锁定。结果表明,该系统光光转换效率为91.5%,反馈输出线宽为0.16nm,输出功率为29.7W,组束方向M2=1.241,非组束方向M2=1.171,实验结果同理论分析相符。该外腔反馈方案可以应用于光纤激光器光谱组束。     

基于外腔光纤激光器阵列频谱组束的耦合效率

分析了外腔高斯光束频谱组束的机理.针对Bochove推导点特征扩展系数所使用的方法繁琐问题,运用角特征的近似形式,推导了点特征的扩展系数;并基于频谱组束模型,讨论了影响耦合效率的因素.结果表明,外腔最大耦合效率时,激光器阵列应排列成开口背离传输透镜的抛物线形;当阵元的横向位移超过1.5 mm时,抛物线形排列的阵元耦合效率是相同位置直线形排列阵元耦合效率的2倍;使用外腔频谱组束,应尽量选择焦距较长的传输透镜.     

基于光纤激光组束的激光推进技术

介绍了激光推进技术的原理及其优势,重点分析了激光推进光源的选择.光纤激光器通过激光组束技术可达到10 kW量级的输出功率,并且具有传统TEA脉冲CO2激光器不可比拟的优势,是激光推进光源的理想选择.     

微透镜阵在光纤激光外腔谱组束中的应用研究

提出了基于微透镜阵的光纤激光外腔谱组束方案,设计了能够对光纤阵列出射光束进行预准直的球面折射微透镜阵列.分析了组束系统的组束潜力,结果表明,所设计的组束系统能够实现12个Er3+/Yb3+共掺光纤激光器阵元的外腔谱组束.利用瑞利-索莫菲衍射积分理论,分析了微透镜对光纤出射光束的准直效果,结果表明,微透镜的实际焦距与设计...     

光纤激光的外腔谱组束和大气传输分析

采用Er^3＋/Yb^3＋共掺双包层光纤作为增益介质,实验实现了光纤激光器的调谐和三路光纤激光器的外腔谱组束,获得了光束质量因子Mx^2=1.304,My^2=1.151的组束激光。综合分析了外腔谱组束光纤激光在大气中传输时受到几种主要大气效应因素的影响,结果表明,在中等或弱湍流条件下,谱组束激光在5km的传输距离内,光束半径的变化不大,可以保证激光武器系统具有较好的战术应用效果。若在强湍流条件下运用,必须采用自适应光学补偿消除湍流的影响,才能保证激光武器系统的有效作战距离和传输效率。     

基于透射体布拉格光栅频谱组束的实验研究

基于透射体布拉格光栅频谱组束的设计方案,采用半导体激光器作为泵浦源,以双包层Er3+/Yb3+共掺光纤为增益介质,报道了两束光纤激光频谱组束的实验结果.作为一种激光合成方法,在两束光纤激光输出功率分别为0.48 W和0.71 W、光栅实际衍射效率不到40%的情况下,实现了组束功率为0.56 W,绝对组束效率约为47%的组柬激光输出.并分析了实验过程中影响组束效率的因素.     

基于微透镜阵外腔的光纤激光谱组束耦合效率分析

为了克服光纤激光外腔谱组束系统中增益带宽和透镜像差对组束阵元数量的限制,在系统中加入了微透镜阵。根据光束变换理论,建立了基于微透镜阵的光纤激光外腔谱组束系统的外腔耦合效率分析模型。通过数值模拟,对各种相关参数对耦合效率的影响进行了仿真分析。结果表明:微透镜阵的加入极大提高了阵元的耦合效率和系统的组束潜力;为了获得尽可能高的耦合效率,需要对离焦量进行合理配置并设计具有较长焦距的微透镜;横向对准误差是影响耦合效率的主要因素,对于宽度为10 mm的组束光纤阵列,为保证60%以上的耦合效率,在θy≤2 mrad的同时需将横向位置偏移量δy限制在10μm以内。     

一种减少光谱组束光程的方法

介绍了一种减少半导体激光器阵列光谱组束(SBC) 整体光程的方法,即将传统SBC中传输透镜的汇聚和准直 作用分离,分别由两个透镜实现。起汇聚作用的透镜将各个发光单元的光束聚焦到光栅上, 实现各个发光 单元空间上的叠加;起准直作用的透镜在光栅之后将组合后的光束进行准直,使各个发光单 元锁定在不同 的波长上。由于起汇聚作用的透镜不需要再对各个发光单元的光束进行准直,汇聚透镜与巴 条前端面的距 离不再需要严格的等于传输透镜的焦距,二者之间的距离可以很近,因此整体的光程可以近 似地减少1/2, 使利用长焦传输透镜压窄线宽时各发光单元有足够的反馈量,抑制串扰,有利于实现多个巴 条的SBC。 采用标准的半导体激光阵列,实现连续输出激光功率为49.42W,电 光转换效率为42.7%,光谱线宽为8.5nm, 输出光束水平方向光束质量M²_x=1.29(0.4mm×m rad),竖直方向光束质量M²=11.6(3. 6mm×mrad),两个方 向的光束质量都与单个发光单元的光束质量接近。     

反射型体光栅高效频谱组束仿真研究

文章建立了光纤激光频谱组束的体光栅参数优化模型。研究结果表明,随着体光栅空间频率和折射率调制量的增大,体光栅所允许的光束谱宽减小,光束发散角增大,得到空间频率和折射率调制量优化选择参数。文章还对所选取的体光栅参数进行频谱组束的效率进行了分析。研究表明,采用优化参数的体光栅的频谱组束效率可提高至95%以上。     

MOPA脉冲激光器频谱合束研究

文章对多个主振荡功率放大(MOPA)脉冲激光器采用阵列光纤光栅频谱合束技术进行了研究,模拟了采用阵列光纤光栅频谱合束技术将多个MOPA脉冲激光器合束输出的过程,研究了合束后时域脉冲形状的畸变,并提出了使输出脉冲平坦化的改进方法.研究结果表明,以2 ns为间隔控制各个通道的输入MOPA脉冲激光器的同步,可以改善输出脉冲的...     

光纤激光及其相干合成光场的准确分析

为了准确地研究光纤激光及其相干合成光束的远场传输特性,采用将LP01模分解为许多不同拉盖尔-高斯模叠加的方法,分析了LP01模以及多个光纤激光相干合成光束的传输光场分布和光束质量,并与用高斯函数表示的光纤激光的光场进行了比较.分析中发现,基模高斯光束与LP01模的初始场分布基本相同,但传输后的光场分布会产生较大误差,在光纤激光相干合成光场的分析中两者间的差别也非常明显.结果表明,为更准确地分析光纤激光及其相干合成光束的传输特性,光纤激光的模场表达式应采用拉盖尔-高斯模的叠加式.     

外腔长度变化对光纤光栅外腔LD激射波长的影响

密集波分复用(DWDM)光纤通信系统对光源的波长稳定性有很高的要求。主要就可供DWDM系统选用的光源之一光纤光栅外腔半导体激光器(FGESL)的波长稳定性进行讨论。通过计及半导体激光器(LD)、外腔及光纤光栅(FG)三者的共同作用,根据光纤光栅外腔半导体激光器的相位条件确定FGESL的激光纵模分布后,理论上研究了FGESL的激射波长随FG外腔长度的变化。结果表明,外腔较短时,外腔长度的微小变化可以导致FGESL的激射波长产生显著的变化;外腔较长(大于10 cm)时,外腔长度的变化对FGESL的激射波长基本没有影响。     

单谐振腔光纤激光器输出特性优化实验研究

基于单谐振腔结构,搭建了千瓦级掺镱全光纤激光器,实验研究了增益光纤长度、盘绕半径、制冷温度几种不同参数对输出激光特性的影响.经过参数优化,最终选用镱纤长度16 m,盘绕半径6 cm,制冷温度25℃,在泵浦功率为1348.3 W时,实现了1135 W的连续激光输出.激光中心波长1080 nm,光-光转换效率84.2％,斜...     

二极管激光光谱合束技术实验研究

为了研究基于光栅-外腔的二极管激光阵列光谱合束,利用存在离轴像差情况下耦合效率模型,数值模拟了系统各参量对耦合效率的影响,可知耦合效率随着离轴距离和横模阶次增加而下降;单个单元将被压窄至0.05nm。应用光栅-外腔实现了单条二极管激光阵列光谱合束,获得了10.1W的连续输出,斜效率为0.45W/A,慢轴方向光束质量因子Mx2=17.6,整个阵列的光谱被展宽到15nm,单个单元的线宽被压窄到0.1nm。结果表明,光谱合束能改善二极管激光阵列的光束质量,压窄单个单元的线宽。