光纤激光器的相位锁定及高相干功率输出

利用自成像共振腔和空间滤波器实现了两个不同长度光纤激光器的相位锁定.观察到稳定的干涉条纹.稳定的相位锁定是由于自成像腔具有适应单个光纤激光器光程变化的自调节能力.相位锁定激光器阵列输出的相干功率达到12.3 W,与此相一致的相干效率为88%.     

基于迈克尔逊腔光纤激光相干合成的输出特性

基于自组织相干合成原理,利用迈克耳逊腔开展了光纤激光阵列相干合成的原理实验研究,实现了掺Yb3+双包层光纤激光阵列的相位锁定。根据其原理,合理解释了相应的物理现象以及迈克尔逊腔相比于其他腔型的优势。重点理论模拟并实验验证了准直透镜设计、耦合输出镜反射率、两路泵浦功率平衡等关键因素对迈克尔逊腔相干激光输出功率的影响,为优化迈克尔逊腔、提高最终输出功率、抑制相干相消端的功率泄漏在一定程度上提供了理论依据。     

2.79μm Cr,Er∶YSGG激光光纤耦合的实验探究

采用传能光纤替代导光臂传输激光能量能够极大地改善医用手柄的灵活性、降低系统复杂程度、提高激光传输效率.设计研制了2.79 μm Er,Cr∶ YSGG激光器及其光纤耦合系统.分析了激光器谐振腔输出镜对输出高斯光束参数的影响,设计弯月型透镜作为激光器谐振腔输出镜减小激光光束发散角,并选择合适的耦合单透镜,满足了数值孔径为0.29、芯径为400 μm的ZBLAN玻璃光纤耦合条件.实验结果表明,在弯月型透镜作为激光输出镜,耦合透镜焦距为20 mm时,可实现激光传输耦合效率高达83％,最大传输功率6W,满足了激光医疗仪器的临床应用需求.     

2×2全光纤激光器阵列部分相干合成的实验研究

对22全光纤激光器阵列的部分相干合成进行了实验研究。将四台全光纤激光器阵列分为两组,组内两光纤激光器通过一个对激光波长具有一定反射率的光纤光栅实现腔模互注入相位锁定,而两组激光阵列元之间非相干。四束激光经一个四面直角棱镜反射后尽量接近并实现对称排布。获得两组清晰的干涉条纹, 条纹最大可见度分别约为43 %和38 %。整个激光器阵列在泵浦光总功率为1 624 W时获得925 W高功率部分相干输出。在合成光束占空比为0.54时, 合成光束的光束质量BQ值约为1.95。激光器阵列由全光纤元件组成, 系统结构紧凑, 在长时间的高功率合成实验中, 性能稳定, 没有观察到光热损伤现象。     

光纤激光器的相干输出

研究了两路光纤激光的相位锁定和相干输出, 用融锥光纤耦合器实现了两路高掺铒光纤激光之间的相互耦合。提出了在激光器高反射率前腔镜的前面加融锥光纤耦合器的方法构成简单的共振腔, 从而实现两路光纤激光的相干叠加。开展了基于融锥光纤耦合器互注入锁相的两路光纤激光器的相干合成实验, 成功实现了两路光纤激光器的注入锁定, 观察到了波长锁定（中心波长稳定在1549.8 nm, 线宽为0.08 nm）、远场干涉条纹和线宽压缩现象。分析了单个激光器和激光器阵列的斜率效率, 当反射率为70%, 抽运功率均为145 mW时, 获得最大合成功率为127 mW。     

耦合强度对公共环形腔耦合式光纤激光器锁相性能的影响

利用公共环形腔耦合实现了两路光纤激光器的无源相位锁定,研究了激光器之间耦合强度对锁相性能的影响。环形耦合腔主要由两个22的光纤耦合器组成,其构成了激光器之间能量相互注入耦合的公共通道,并使它们获得了初步的相位同步。考虑到耦合强度主要由成环光纤耦合器的耦合比决定,建立了分析耦合强度影响的理论模型,并从理论上研究了耦合比的大小和差异对环内光强和输出光强的影响。此外,实验上实现了两路掺铒光纤激光器的有效相位锁定,并通过分析远场干涉光斑和输出功率研究了锁相阵列输出激光束的相干性和合成效率。研究结果表明:足够的能量耦合强度是获得有效相位锁定的必要条件,通过增加耦合比来增大耦合强度可以提高锁相阵列的相干性,但会略微降低合成效率。     

全光纤激光相干合成实验研究

设计了由两支光纤激光器组成的迈克尔逊型全光纤激光器阵列.通过实验,分析输出光束的耦合相干性,分析两泵浦激光器泵浦功率比对耦合效率、泵浦效率及输出功率的影响,分析所设计的光纤激光器阵列的稳定性.结果表明:激光器阵列的输出功率等于子光纤激光器输出功率的相干合成,耦合效率相对稳定;未达到增益饱和的情况下,泵浦效率和输出功率均与泵浦功率比成递减关系.     

上海光机所光纤激光二维阵列实现26W相干耦合激光输出

近日，中国科学院上海光机所先进激光技术与应用系统实验室采用4束光纤激光构成二维阵列通过共用外腔技术，成功实现了4束二维光纤激光器阵列的位相锁定，观测到稳定、清晰的相干阵列光斑图样，获得了26W的相干耦合激光输出。这是继单根光纤激光突破千瓦和成功实现两束光纤激光相干合成以来，在高功率光纤激光领域的又一重要突破。     

高功率光纤激光器相干合成研究

综述了国内外在高功率光纤激光器相干合成方面的最新进展，分析了各种方案的优缺点，并展望了光纤激光器相干合成的应用前景。国外已研发了19芯阵列光纤，进行了10路光纤激光器相干合成，输出功率已达200W。国内进行了两束光纤激光的相干组束，获得了连续波18．3W的光纤激光输出，并在高速相位探测与锁定方面取得了一定进展。     

LD泵浦6.8W连续Nd:YVO4/LBO 671nm红光激光器

报道了一种光纤耦合半导体激光二极管(LD)阵列端面抽运Nd∶YVO4晶体,腔内Ⅰ类临界相位匹配LBO(LiB3O5)晶体倍频,实现波长为671nm的全固态红光激光器瓦级连续输出的理论分析和实验结果.采用短三镜折叠腔结构,通过对激光晶体热效应的考虑,估算其热透镜焦距,用计算机优化设计选取合适谐振腔参数,在26W的注入泵浦功率下,获得了连续输出6.8W、波长为671nm的红光基模稳定输出,光-光转化效率达到26%.     

自成像共焦腔一维光纤激光阵列相干合成的实验研究

利用自成像共焦腔,开展了一维光纤激光阵列相干合成的实验研究,实现了掺Yb3+双包层光纤激光阵列的相位锁定,得到了基于一维光纤激光阵列自成像共焦腔的远场强度分布图样。根据其数学模型及理论计算,合理选择了空间滤波器宽度,验证了空间滤波器在合成激光不同位置对不同相干成分模式所引入的损耗抑制作用,从实验上证实了空间滤波器在相干合成中实现模式选择的机理。     

两光纤激光器同相锁定的实验研究

基于自成像共焦腔,利用一个设计灵活的实验装置,实现了两路掺镱光纤激光器的同相模式锁定。改变近场填充因子为10.86%,15.2%,25.33%时,干涉条纹旁瓣数量逐渐减少,主瓣能量占总能量比例分别为13.58%,18.98%,31.42%。在8.8 W泵浦功率下得到1.44 W相干合成激光输出,相干合成效率93.4%。研究发现选用合适长度的增益光纤和较小反射率的外腔输出耦合镜可以提高激光斜效率,进而增加相干合成输出功率。     

激光二极管抽运的高光束质量的Yb

演示了激光二极管(LD)端面抽运Yb∶YAG薄片固体激光器,抽运源是美国相干公司(COHERENT)光纤耦合输出半导体激光器,光纤输出芯径为800 μm,在940 nm处最大输出功率为13.56 W,由于光纤输出芯径较大,不利于抽运光和振荡光的模式匹配,为了得到较小的抽运光斑,采用了焦距比为30∶12的耦合透镜组压缩入射到晶体端面的抽运光光腰半径,晶体为原子掺杂浓度8 at.-%,几何尺寸为φ7 mm×1.6 mm国产Yb∶YAG晶体,整个实验装置采用温差电致冷(TEC)和循环水冷却方式,实验中得到了3.06 W的连续激光输出,激光器的斜率效率为33.1%,测得M2因子在x和y方向分别为1.54和1.73,具有良好的光束质量。     

热透镜效应补偿的高功率Nd:YAG激光器的优化设计

为了获得高功率、高光束质量的1064nm激光,采用凹透镜作为补偿透镜来补偿激光棒的热透镜效应。对补偿透镜的选取进行理论分析,并使用所设计的包含补偿透镜的平平谐振腔Nd:YAG激光器进行了实验验证。在实验中,使用焦距为250mm的凹透镜、透过率为30%的输出耦合镜,获得了55W的高功率、高光束质量的1064nm激光输出。结果表明,此项研究对高功率、高光束质量激光器谐振腔的设计是有帮助的。     

部分端面抽运的Nd∶YVO_4板条固体激光器

利用自制高功率激光二极管(LD)列阵堆和波导整形抽运耦合系统,将抽运光耦合至Nd∶YVO4板条晶体,平平腔运转得到了1.064μm的偏振激光输出。在最大抽运功率为84 W时,透过率为10%的输出腔镜得到了31 W的激光功率输出,光-光效率37%,斜效率45%,板条晶体两个方向的输出光束质量差别较大。为了进一步提高光束质量,使用柱面镜混合腔结构,在最大抽运功率为86 W时,得到了19.3 W的1064 nm激光输出,测得的非稳腔和稳腔两个方向的M2因子分别为1.4和1.7。     

高功率、高效率、全固态准连续钛宝石激光器

以激光二极管阵列抽运Nd：YAG内腔倍频激光器作为抽运源，实现了全固态准连续钛宝石激光器的高功率、高效率运转。当532nm的抽运光为24W时，得到了4．7W输出功率及19．6％的高转换效率。为了获得钛宝石激光器理想的宽带输出，分别使用了两组膜片。第一组是750～850nm，第二组是850～950nm，每组膜片都有三种透过率，分别为5％，10％，15％。由于钛宝石荧光谱线的中心波长在795nm附近，使用第一组膜片在透过率为10％的情况下获得了最大4．7W的输出功率。使用第二组膜片也获得了3W左右的输出功率，为将要进行的宽带调谐提供了必要的前提。     

LBO倍频1.8 W连续671 nm红光激光器

Nd：YVO4晶体中掺杂的Nd^3 除了1．064μm的受激辐射跃迁外，还可产生1．342μm波段的弱辐射，经腔内倍频，最终可输出671nm的红色激光。报道了一种光纤耦合半导体激光二极管(LD)阵列端面抽运Nd：YVO4晶体，腔内采用Ⅰ类临界相位匹配LBO(LiB3O5)晶体倍频，实现波长为671nm的全固态红光激光器瓦级输出的理论分析和实验结果。采用短三镜折叠腔结构，通过对激光晶体热透镜焦距的估算，用计算机优化设计选取了合适的谐振腔参数，在芯径为400μm的光纤耦合808nm半导体激光二极管阵列抽运下，当注入功率为8W时，获得了波长为671nm的红光基模稳定输出．最高输出功率达1．8W，光-光转换效率达22．5％。     

High-Power Coherent Beam Combining of Two Photonic Crystal Fiber Lasers

Coherent beam combining of two large mode area photonic crystal fiber (LMA PCF) lasers is studied experimentally by using a self-imaging technique. Steady interference strips with high visibility of 35% are observed in high-power operation, which demonstrates the obvious advantages of the LMA PCF over the conventional double-clad fiber in coherent beam combining. Experiments also show that the reflectivity of coupling output mirror affects the coherent output power. The maximum coherent output power of 80 W with approximate 90% combining efficiency is achieved when the pump power is 130 W and the reflectivity of coupling output mirror is 5%.