百微米芯径光纤激光器及其模式控制技术研究

研究了阶跃折射率分布的百微米芯径双包层光纤激光器的输出特性及其模式控制技术.理论上对光纤缠绕法模式控制技术应用于百微米芯径光纤激光器的可行性进行了分析.实验中,采用腔内小孔法对百微米芯径光纤激光器的输出激光模式进行控制,研究了不同孔径对输出激光光束质量的影响.在腔内不加小孔时输出激光x,y方向的光束质量因子M2分别为4.67和4.60,在腔内加入直径为2 mm的/JqL后,x,y方向的光束质量因子M2分别为1.96和2.01,腔内小孔对输出激光的光束质量有明显的改善.     

日本电气出售10kWNd:YAG激光器

日本电气公司推出输出功率为1～10kW的高功率连续波Nd:YAG激光器新系列。10kW器件创工业连续波Nd:YAG激光器新高。M707A型器件产生高达11kW功率,9.5kW装置通过0.8mm芯径的光纤(NA=0.2)传输光束,也堪称世界之最。新系列激光器的额定平均功率1、2、4、6和10kW。峰值输出功率为3、6、12、18和25kW。脉冲重复频率为40～500个脉冲/秒和连续波,可进行32种形式的脉冲整型。除10kW装置外,所有器件的光束质量参数为100mm/mrad,都与0.6mm光纤兼容。只有10kW级的光束质量参数为130mm/mrad,采用0.8mm光纤传输。公司计划在日本出售这些器件,用于…     

高光束质量保持的（6+1）×1泵浦/信号合束器研制

研制了一款输入输出均为50μm大芯径信号光纤的高泵浦光耦合效率、高光束质量保持的（6+1）×1反向泵浦/信号合束器。利用仿真软件分析了锥区长度、拉锥比例以及玻璃管折射率对泵浦光耦合效率的影响,纤芯轴向偏移量对信号光传输效率及光束质量的影响。合束器的制作中,使用半掺氟的薄壁玻璃管提高泵浦臂性能,泵浦耦合效率大于98.5%,无主动制冷情况下温升小于10℃/kW。采用包层腐蚀变径技术保证信号光纤在组束过程中纤芯不变形,并通过光束质量因子反馈对准熔接,实现了高光束质量保持的合束器的研制,光束质量退化比仅为3.4%。在合束器信号光纤尾端制作包层光滤除器并熔接端帽构成一体化器件,应用于单级主振荡功率放大结构的窄线宽激光系统中,实现了4.1 kW近单模输出,拉曼抑制比为40.5 dB。     

高功率线阵半导体激光器光纤耦合实验研究

通过分析高功率线阵半导体激光器(DL)的激光输出特性,设计了一套光束变换装置,可将10 mm宽的线阵DL激光耦合进单根光纤中.变换过程如下:首先用微柱透镜对DL的快轴方向准直,然后利用微台阶反射镜,通过提高慢轴方向光束质量而降低快轴方向光束质量的方法,使得线阵DL两个方向的光束质量相近,从而可以汇聚成一接近圆形的光斑,再用聚焦透镜耦合进单根光纤中.在实验中实现了将输出功率为42 W的连续线阵DL的输出激光耦合进一根芯径为1 mm,数值孔径NA=0.38的光纤中,光纤输出激光功率为连续25 W,整个光束变换系统的耦合效率为59.5%.     

渐变型光纤的最佳注入条件

提出了一种理论模型，该模型可分析多模渐变型光纤光束传输系统输入和输出端的激光束质量与光束注入条件的关系。注入条件是用相对于光纤的芯径和接收角的光纤输入端的激光束直径和数值孔径表示。光束质量传递函数取决于与注入位置相关的输入光束的发散，用其相空间进行描述。进行了理论模型的研究，为实际激光源和注入光学器件以及抛物线型折射率光纤提供实验观察到的相空间分布。该模型表明，存在一个最佳注入条件，在具有椭圆相空     

大功率半导体激光器阵列光束光纤耦合研究

从半导体激光器的光参数积出发，给出了一种集光束准直、整形、聚焦及耦合的高功率半导体激光器阵列光束的光纤耦合方法。推导出了正交的两组准直微透镜阵列的面形公式；计算了准直光束的准直精度和聚焦光学系统参数。作为例子，给出一个光纤芯径为800μm，数值孔径0．37的光纤耦合高功率半导体激光器实验结果．其耦合效率大于53％。     

多线阵半导体激光模块

Dilas公司现可提供光纤耦合的多线阵半导体激光模块．输出功率为130W或200W,光纤芯径为200μm,数值孔径为0．22。对于808nm,915nm,940nm和980nm的激光允许无包层光纤的耦合,模块中的激光线阵为4条或6条,传导冷却,线阵在模块内叠加．叠阵光束的耦合方式为偏振耦合。模块和光纤连接器的冷却采用的是工业级的水冷器,使模块具有低成本的优势。     

近衍射极限输出的大芯径尺寸晶体波导主动调Q脉冲激光器

利用激光器实现高光束质量、高峰值功率输出是近年来的研究热点。采用芯层与包层折射率匹配的方法,同时利用模式竞争的选模特性,通过模拟晶体波导芯层各阶模的相对增益,计算出在腔内不同饱和光强下芯层的截止尺寸,制备了大芯径尺寸晶体波导,试验研究了大芯径尺寸晶体波导主动调Q脉冲激光器输出特性。采用芯径尺寸为320μm×400μm的1.0%(原子百分数)Yb:YAG,包层尺寸为7 mm×30 mm的0.5%(原子百分数)Er:YAG,长度为77 mm的单包层矩形晶体波导,平凹腔电光调Q,获得脉冲能量1.29 mJ@10 kHz,脉冲宽度10 ns,光束质量M~2=1.15×1.10的输出。试验证明大芯径尺寸晶体波导主动调Q脉冲激光器可获得近衍射极限高峰值功率脉冲输出。     

多模与单模光纤级联系统对激光束的传输

分析了激光束在光纤中的非线性传输损耗,理论上证明了受激布里渊散射(SBS)是光纤传输能力的主要限制因素;实验上在532nm波段对长度为5m,纤芯半径为1.75μm,数值孔径(NA)为0.11的单模光纤的传输能力进行了测定,结果与理论一致。采用模场耦合理论,推导出多模光纤与单模光纤的直接耦合效率表达式,计算得到耦合效率与所选用的多模光纤和单模光纤的纤芯芯径之间的模拟关系。激光器输出波长为532nm;多模光纤的数值孔径为0.11,纤芯半径为12.5μm;单模光纤的数值孔径为0.11,纤芯半径为1.75μm,实验结果与理论基本吻合。根据理论和实验结果,设计出多模光纤与单模光纤混合传输方案,在柔性传输较高激光功率的同时可以得到高光束质量。     

33 W半导体激光器列阵光纤耦合模块

利用光纤柱透镜和光束转换装置压缩半导体激光器列阵（LDA）的发散角，然后通过聚焦透镜将激光束耦合入芯径为400μm的微球透镜光纤。LDA与光纤耦合输出后，实现33W的高出纤功率，最高耦合效率大于80％，光纤的数值孔径（NA）为0．22。     

Influence of bending diameter on output capability of multimode fiber laser

The output capability of large mode area (LMA) multimode fiber laser depends on the fiber bending. To study the relationship, the output capability of multimode fiber laser was measured under various bending diameters, and it was also theoretically calculated. Measured respectively were the beam quality factor M2, by means of knife edge for the different bending diameters of LMA fiber, and the slope efficiency. When the bending diameters 285, 195 and 130 mm were used, zthe corresponding beam quality factors were 2.88, 1.82and 1.67 with the slope efficiency at 39%, 35% and 34%,respectively. In addition, for the LMA multimode fiber used in the experiment, losses of different modes were calculated theoretically under various bending diameters.The experimental results correspond to the calculated results.     

弯曲直径对多模光纤激光器输出性能的影响

大模场面积(LMA)多模光纤激光器的输出性能与光纤的弯曲程度有关。为研究两者之间的关系,在光纤不同弯曲直径下,对多模光纤激光器的输出性能进行了实验测量和理论计算。采用刀口法测量了不同弯曲直径下的激光光束质量因子M~2,并对每种情况下光纤激光器的斜率效率进行了测量。光纤弯曲直径分别为285 mm, 195 mm和130 mm时,多模光纤激光器光束质量因子M~2为2．88,1．82和1．67,斜率效率为39％,35％和34％。另外,对于实验所采用的大模场面积多模光纤,理论计算了各模式损耗与光纤弯曲直径的关系。     

Characteristics of Q-switched cladding-pumped ytterbium-doped fiberlasers with different high-energy fiber designs

We theoretically and experimentally analyze Q-switched cladding pumped ytterbium-doped fiber lasers designed for high pulse energies. We compare the extractable energy from two high-energy fiber designs: (1) single- or few-moded low-NA large mode area (LMA) fibers and (2) large-core multimode fibers, which may incorporate a fiber taper for brightness enhancement. Our results show that the pulse energy is proportional to the effective core area and, therefore, LMA fibers and multimode fibers of comparable core size give comparable results. However, the energy storage in multimode fibers is mostly limited by strong losses due to amplified spontaneous emission (ASE) or even spurious lasing between pulses. The ASE power increases with the number of modes in a fiber. Furthermore, spurious feedback is more difficult to suppress with a higher NA, and Rayleigh back-scattering increases with higher NA, too. These effects are smaller in low-NA LMA fibers, allowing for somewhat higher energy storage. For the LMA fibers, we found that facet damage was a more severe restriction than ASE losses or spurious lasing. With a modified laser cavity, we could avoid facet damage in the LMA fiber, and reached output pulse energies as high as 2.3 mJ, limited by ASE. Theoretical estimates suggest that output pulse energies around 10 mJ are feasible with a larger core fiber, while maintaining a good beam quality     

掺镱多模双包层光纤激光器弯曲选模研究

为了使大芯径多模双包层光纤激光器实现基模输出以抑制高功率双层光纤激光器中的非线性效应,采用将大芯径的多模双包层光纤适当弯曲进行选模使双包层光纤激光器获得单模激光输出的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了大芯径多模双包层光纤内包层折射率、纤芯半径、光纤内传输信号光波长、光纤弯曲半径等因素对弯曲损耗及激光器输出光场模式影响的数据,并采用国产掺镱多模双包层光纤进行了弯曲选模实验,实现了多模光纤激光器的单模输出.结果表明,激光器最大输出功率达9W,斜率效率达17.3%,输出为基模.这一结果对大芯径多模双包层光纤激光器的选模是有帮助的.     

采用振荡-放大结构的声光调Q Nd:YAG激光器及光纤传输聚焦系统

研究了一种氪灯抽运的双Nd:YAG棒和声光调制器构成一级振荡加一级放大的声光调QNd:YAG激光器.动态激光平均输出功率最大达到169W,在重复频率1kHz时,测得脉宽70ns,峰值功率达到594kW.用芯径0.6mm的全石英光纤传输激光,并设计了一套聚焦光学系统,实现了大幅面的激光雕刻工作.     

大模场面积光纤激光器拉锥法模式选择

大模场面积(LMA)光纤激光器的光束质量通常比单模光纤激光器的光束质量差。采用光纤拉锥的方法进行模式选择,从而提高大模场直径光纤激光器的光束质量。拉锥区距光纤激光器的输出端约5 mm,纤芯最小为9μm,约为未拉锥部分纤芯直径26μm的1/3。实验研究表明,在拉锥后,光纤激光器的光束质量因子M2由3.50减小为1.81,相应的斜率效率由63.6%减小为51.1%。虽然拉锥后最大输出功率减少了约19.8%,但其亮度增大为拉锥前的3倍。     

石英光纤与空芯光纤损伤特性(对比)研究

高功率密度脉冲激光的光纤耦合性能一直制约着激光飞片起爆技术的工程化应用。针对106 W/cm2级功率密度脉冲激光在光纤中的耦合特性,设计了一套光纤对准夹具,用于开放光路下脉冲激光的光纤耦合。使用波长为1 064 nm,脉宽6 ns的调Q脉冲Nd:YAG激光,研究了其在大功率石英光纤和AgI/Ag空芯光纤中的能量传输效率和损伤阈值。结果显示:在焦点前后10 mm范围内,石英光纤的传输效率平均值为76.2%,AgI/Ag空芯光纤的传输效率平均值为61.8%;在焦点前2 mm处,测得石英光纤损伤阈值为22.3 mJ,AgI/Ag空芯光纤损伤阈值为29.4 mJ。通过对比结果可知,AgI/Ag空芯光纤拥有较高的损伤阈值,然而AgI/Ag空芯光纤的传输效率比石英光纤低约15%,其工程化应用潜力还有待进一步开发。     

多芯光子晶体光纤的相干组束集成

高功率光纤激光器的广泛应用前景使其成为固体激光器的研究新热点,但是由于受到受激布里渊散射（SBS）和受激拉曼散射（SRS）的影响,严重限制了单根光纤的最大输出功率,与此同时随着输出功率的增加带来了光束质量变差的问题。光纤激光并联组束的方法因其光束质量差,也在其应用上受到诸多限制,而基于倏逝波耦合的多路激光束相干叠加实现的相干组束技术则能使输出功率得以提高的同时保证好的光束质量。基于上述的问题,文中设计出解决方案并理论计算对比了一芯、三芯、七芯的光子晶体光纤光强分布情况,证明集成式多芯光子晶体光纤可以很好地实现相干组束输出,这为实现光纤激光器高功率和高光束质量输出提供新的可能途径。     

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。     

500W光纤耦合半导体激光模块

针对半导体激光器在工业领域的应用和光纤耦合可以实现柔性传输的特点,设计了光纤耦合半导体激光模块。采用光束整形技术、空间合束、偏振合束和光纤耦合等技术,将两组共10个整形后的半导体标准阵列进行合束,扩束后耦合入芯径400m、数值孔径0.22的镀增透膜光纤。在工作电流70 A时,光纤耦合前功率为545 W,光纤耦合后功率为518 W,光纤耦合效率高于95%,得到很高的光纤耦合效率,电光转换效率为43%,为下一步千瓦级光纤耦合半导体激光器的制备奠定了基础。