高功率光纤激光器端面反射系数快速优化算法

在高功率光纤激光器优化中提出了一种输入端反射系数与输出端反射系数快速优化算法.基于斜率效率优化准则,通过掺镱光纤激光器实例分析,数值计算结果表明,采用端面反射系数快速优化选择算法,将计算时间至少缩短为传统算法的8%,较好地避免了阶梯误差的产生,提高了计算精度;在相同的参数条件下,正向抽运时,光纤激光器的端面反射系数优化选择取值区域最大,双向抽运时,光纤激光器的端面反射系数优化选择取值区域次之,而反向抽运时,光纤激光器的端面反射系数优化选择取值区域最小.     

全国产化单纤高功率光纤激光器的研究

报道了采用国产双包层掺镱光纤搭建的高功率光纤激光器。此光纤激光器采用中国电子科技集团公司第四十六研究所最新研制的20/400双包层掺镱光纤,激光器采用谐振腔振荡方式输出,激光器中心波长为1080 nm,最高输出激光功率为758 W,输出光斑直径6~8 mm,接近准单模输出,光束β因子为1.3。电光转换效率36.7%,光-光转换效率71%,经过32 h的满功率激光输出,平均输出功率波动范围小于2%。     

端面泵浦掺镱双包层光纤激光器功率输出特性研究

基于端面泵浦掺镱双包层光纤激光器的速率方程,应用MATLAB语言编程,分别数值模拟了功率为60瓦前端泵浦、后端泵浦和双端都为30瓦泵浦时掺镱双包层光纤激光器对应的功率输出特性和粒子数密度值特性,增大不同端面输入功率观察输出功率特性,研究得到后端泵浦上能级粒子数分布平坦,输出功率较大,为50.4705瓦。并且增大输入功率时得到双端泵浦输出功率较大。研究结论为提高掺镱双包层光纤激光器功率输出提供理论和实验参考。     

LD泵浦高亮度光纤激光器:设计、仿真与实现(特邀)EI北大核心CSCD

LD泵浦掺镱光纤激光器具有低成本、高效率、高光束质量等优点,在工业、科研、国防等领域有着广泛的应用。在大部分实际应用中,由功率和光束质量决定的亮度是影响光纤激光器实际作用性能的核心指标。受到非线性效应(尤其是受激拉曼散射)和模式不稳定效应的限制,当前高亮度掺镱光纤激光器输出功率提升遭遇了明显的技术瓶颈。为了抑制非线性效应和模式不稳定效应,在传统方法的基础上,提出了变纤芯直径光纤和优化泵浦波长等成体系的方法以提升光纤激光器的输出功率;为了有效提高对光纤激光器的设计研发能力,提出并开发了具有自主知识产权的光纤激光仿真软件SeeFiberLaser。首先,介绍了影响宽谱高功率掺镱光纤激光器亮度提升的主要限制因素,给出了各个限制因素的抑制方法;其次,利用自研光纤激光仿真软件SeeFiberLaser对提升光纤激光器功率的方法进行优化设计,并对工业常用的振荡器和高亮度光纤激光放大器进行仿真优化;然后,介绍课题组采用后向泵浦、变纤芯直径光纤和优化泵浦波长等方法提升激光功率,实现的6~10 kW高亮度功率光纤激光器;最后,对更高亮度光纤激光器的技术方案进行讨论和展望,提出了无源器件集成化、增益传能光纤一体化等思路,提出了基于变纤芯直径增益传能一体化光纤和集成化无源器件的新型高功率近单模光纤激光器技术方案。     

980nm光纤激光器发展现状与展望

980nm波段的掺镱光纤激光器因有望获得高亮度激光输出,代替980nm波段的半导体激光器成为掺铒/镱光纤激光器高亮度的抽运源而备受关注。从980nm波段光纤激光器广泛使用的4类增益光纤——单模单包层掺镱光纤、常规双包层掺镱光纤、JAC(Jacketed air-clad)掺镱光纤以及超大纤芯掺镱光子晶体光纤出发,对国际上各研究机构所做的工作进行了综述,介绍了其实验进展和存在的问题。最后就980nm波段光纤激光器的未来发展方向进行了探讨。     

全光纤化高功率线偏振掺镱脉冲光纤激光器

建立了双包层调Q光纤激光器的速率方程,并利用一个全光纤化的声光调Q光纤激光器作为种子源,双包层掺镱保偏光纤作为增益介质,研制了一个全光纤化的高功率线偏振掺镱脉冲光纤激光器。在泵浦功率38.4 W,偏振种子激光功率0.6 W,重复频率40 kHz,脉冲宽度为30 ns时,获得了偏振激光输出29.8 W,偏振消光比大于10 dB。在高功率输出时,激光光束质量因子（M2）达到了1.32。     

基于耗散孤子共振的纳秒脉冲掺镱全光纤激光器及其倍频

报道了一种新型纳秒脉冲532 nm绿光激光器,其基频光为耗散孤子共振(DSR)方波纳秒脉冲、由掺镱光纤激光器得到,该激光器采用了全光纤主振荡功率放大(MOPA)结构设计。利用非线性偏振旋转(NPR)锁模技术,掺镱光纤激光种子源产生了稳定的DSR方波纳秒脉冲激光输出,输出激光的脉冲宽度随抽运功率的改变在3~40 ns之间可调。利用该DSR方波纳秒脉冲激光作为种子源,经过一级非保偏结构掺镱光纤纤芯放大和两级全保偏结构掺镱光纤包层放大之后,得到了平均功率为6.95 W,峰值功率为4.4 k W的脉冲激光输出。利用长度为20 mm的非线性晶体LBO作为频率转换器,得到了平均功率为2.1 W的绿光激光输出,相应的光光转换效率为30.2%。     

高功率光纤激光器用20/400双包层掺镱光纤

采用改进化学气相沉积结合溶液掺杂法制造出了掺镱石英光纤预制棒,预制棒轴向上芯径波动小于5%,折射率差波动小于8%。研磨加工后拉制出20/400双包层掺镱光纤,光纤纤芯不圆度为2%,芯包同心度偏差为0.87 μm。双包层掺镱光纤在1095 nm的包层损耗为2.1 dB/km。采用拉制的掺镱双包层光纤作为直接振荡结构全光纤化激光器的增益光纤实现了1195 W的1080 nm激光输出,斜率效率达82%。     

高功率多模铒镱共掺双包层光纤激光器的研究

为了获得尽可能高的输出功率以满足应用需求,分别以实验和数值分析的方法对铒镱共掺双包层光纤激光器的性能进行了进一步研究.实验上,采用加拿大国家光学研究所生产的EY805型铒镱共掺双包层多模光纤作为增益介质,描述了输出功率随入纤抽运功率以及光纤长度的变化,在光纤长度为1.8m的情况下,获得了3.5W的最大输出功率,光-光转换效率达31.8%.基于速率和传输方程,对该铒镱共掺双包层光纤激光器进行了数值模拟,在相同光纤长度下,计算的最大输出功率约.W,光-光转换效率0%,比实验结果要高.讨论了进一步对该光纤激光器性能进行优化的措施.该结果对于促进铒镱共掺双包层光纤激光器的实用化及其性能改进具有重要意义.     

一种用作武器的高亮度光纤激光器实现方案

由于光纤激光器较之其他固体激光器在体积、重量、散热等方面有明显的优势,故提出了一种实现武器级光纤激光器的方法。采用大有效面积低数值孔径的掺镱光纤作为光纤激光器,利用弯曲光纤和非稳腔抑制粗芯光纤中的高次模来获得单芯输出6kW的单模功率。用零差法控制和调节19路光纤激光器的相位并使19束激光形成相干叠加。从而得到100kW的合成光束。     

高功率掺镱光纤振荡器:研究现状与发展趋势

近年来,高功率掺镱光纤振荡器的输出功率和光束质量不断提升,在工业、科研等领域得到了越来越广泛的应用。目前,多模掺镱光纤振荡器的输出功率已经突破17.5kW,近单模光纤振荡器输出功率已经突破8kW。本文对掺镱光纤振荡器在科研和工业领域的研究现状进行详细介绍,分析掺镱光纤振荡器未来的发展趋势;对进一步提升掺镱光纤振荡器功率和光束质量的各项关键技术进行剖析,给出了万瓦级近单模高功率掺镱光纤振荡器的技术方案,以期为更高功率光纤振荡器的发展提供技术参考。     

基于单模光纤选模机制的单模输出6芯光纤激光器

为了实现多芯光纤激光器的单模输出,提出一种新的选模机制,即利用单模光纤进行选模。采用单模光纤和全反镜相结合作为选模器件,可以使6芯光纤激光器中同相位超模的耦合效率远远大于其他高阶超模,从而使高阶超模得到有效的抑制,实现高亮度的同相位超模单模输出。为了提高同相位超模的耦合效率,可以进一步优化单模光纤纤芯尺寸,同时调节单模光纤和6芯光纤之间的间隙距离。将同相位超模的耦合效率代入速率方程进行理论模拟,证明输出功率和耦合效率之间的必然联系,结果显示同相位超模输出功率随着耦合效率的增大而增大,得到单模输出的最大光-光转换效率为63.7%。     

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。     

高稳定性单纵模布里渊光纤激光器的实验研究

本文提出了一种用可调谐半导体激光器（TLS）泵浦的高稳定性单纵模布里渊光纤激光器（SLMBFL）。该激光器利用Brillouin泵浦光（TLS激光）只在环形器内运行一次,这样Brillouin泵浦光就不会在谐振腔内共振,确保了激光器谐振腔的高稳定性从而使Brillouin激光在该谐振腔内形成共振而输出。实验发现当Brillouin增益介质光纤的长度缩短到13．4m时谐振腔的自由光谱范围变为15．2MHz,正好与光纤的Bfillouin增益带宽接近,此时SLMBFL开始表现为单纵模振荡。实验结果表明,该光纤激光器的功率转化效率为42．5％,最大输出功率为267．6roW。单纵模激光输出的信噪比与其泵浦激光的信噪比提高近10dB。SLMBFL对TLS的高频噪声有很好的抑制作用,其输出线宽小于5KHz。     

Supermode analysis of the 18-core photonic crystal fiber laser

The modal of 18-core photonic crystal fiber laser is discussed and calculated.And corresponding far-field distribution of the supermodes is given by Fresnel diffraction integral.For improving beam quality,the mode selection method based on the Talbot effect is introduced.The reflection coefficients are calculated,and the result shows that an in-phase supermode can be locked better at a large propagation distance.     

Finite element analysis of in-phase supermode for multicore photonic crystal fibers

Based on the Helmholtz equations, the full-vector finite element method (FEM) accompanied with the shifted iteration algorithm is used to analyze in-phase supermodes of a 19-core photonic crystal fiber. The effects of fiber structural parameters on the in-phase supermode field are also studied. The results indicate that the form of the fiber structure plays a key role on coupling of fiber cores, and the desired mode shapes which have the same amplitude in each core can be obtained by choosing the appropriate diameter of airhole. The results show a viable option for further achieving high-power laser output.     

掺镱脉冲光纤激光器抽运的高功率PPMgLN光参变振荡器

报道了研制主振-放大（MOPA）结构的高功率保偏掺镱脉冲光纤激光器并用其抽运光参变振荡器（OPO）的研究工作。掺镱脉冲光纤激光器以声光调Q的Nd∶YVO4激光器作为种子源, Liekki的大直径双包层保偏光纤作为放大介质, 得到接近基模的1064 nm波长激光输出, 最大线偏振输出功率17 W, 偏振消光比优于10 dB, 重复频率50 kHz, 脉冲宽度60 ns。利用该光纤激光作为抽运光, 抽运基于周期性畴极化反转掺镁铌酸锂（PPMgLN）晶体的宽带可调谐OPO, 实现了高效参量转换。在信号光1518 nm通道, 以16.2 W功率抽运, 获得最大参变输出功率9 W, 其中3.5 μm波长功率为2.4 W。OPO的能量转换效率为58%, 斜效率为68％。在信号光1491 nm通道, 以14 W功率抽运, 获得最大参变输出6.6 W, 其中3.7 μm波长功率超过2 W。     

全光纤单频光纤放大器实现550W近衍射极限输出

通过引入长锥形增益光纤综合抑制受激布里渊散射和模式不稳定效应,兼顾1030nm波段信号光放大的高模式不稳定阈值特性,基于全光纤放大器实现了550W的近衍射极限单频光纤激光输出,整个放大器的斜率效率达80%,最高功率时的光束质量测量值M^2约为1.47;系统亮度的进一步提升受限于热致模式不稳定效应。     

掺Yb3+双包层光纤激光器的多波长输出

双包层光纤激光器不再要求抽运光是单模激光，而且基本上在沿光纤整个长度上抽运，从而大幅度地提高了激光转换效率。给出了一种由半导体激光器(LD)抽运的掺Yb^3 双包层光纤激光器，利用976nm的抽运光，对双包层光纤进行端抽运，光纤后端与双色镜构成Fabry—Perot干涉仪兼作反馈腔镜，得到波长为1085nm，1090nm，1095nm和1100nm的激光输出．每个波长激光的线宽为0．33nm，输出总激光功率为1．2W，信噪比超过20dB,斜率效率为52％。     

两个光纤激光器的相位锁定及高相干功率输出

研究了两个光纤激光器的相位锁定及其相干输出。将两个光纤激光器的输出耦合进一个自成像共振腔,然后利用一个空间滤波器进行模式选择。自成像共振腔由两个焦距为8 mm的准直透镜、一个焦距为500 mm的傅里叶透镜和一个耦合输出镜组成。滤波器由两根20μm的铂金线组成,并放置在耦合输出镜面上。实验中,观测到光束截面图样具有高对比度的干涉条纹。输出镜反射率在50%和30%情况下,分析了单个激光器和激光器阵列的斜率效率。在总抽运功率为60 W时,获得了18.3 W的高相干功率输出。稳定的相位锁定是由于激光器阵列具有能适应光程长度变化的自调节过程。实验表明,利用该方法完全可以进一步提高相干输出功率。