基于915nm半导体激光单端前向抽运的单纤准单模2kW全光纤激光振荡器

设计了一种基于915nm半导体激光单端抽运的单纤准单模全光纤激光振荡器,其工作波长为1080nm,输出功率可达2.02kW。结合理论和实验,研究了增益光纤长度、受激拉曼散射(SRS)和输出功率之间的关系。通过对增益光纤长度进行优化,在保证大于2kW激光功率的前提下,实现了高SRS抑制比的激光输出,输出激光中SRS功率占比约为0.8%。180min内激光器的功率不稳定度小于±1%,光-光转换效率约为70%。通过合理设计光纤盘绕,有效抑制了光纤中光的高阶模式,在满功率输出时成功地获得了准单模激光(光束质量因子M2≈1.5),并对该激光器在激光切割中的应用进行了研究。     

输出功率突破3kW的全光纤激光振荡器

<正>全光纤激光振荡器具有结构简单、稳定性好、成本低廉等优点,是目前光纤激光器工业市场中使用较多的一类激光器。2014年,芬兰CoreLase公司推出了输出功率为2kW的全光纤激光振荡器;同年,美国相干公司基于空间结构实现了输出功率为3kW的全光纤激光振荡器;2015年和2016年,国防科技大学基于单端和双端抽运方案分别实现了输出功率为2kW和2.5kW的全光纤激光振荡器。由于受热效应、非线性效应和模式不     

掺镱全光纤激光振荡器横向模式不稳定与受激拉曼散射的关系

研究了掺镱全光纤激光振荡器中横向模式不稳定效应与受激拉曼散射之间的关系。在纤芯直径为20μm的单端抽运1.5kW级全光纤激光振荡器中,当受激拉曼散射达到一定阈值时,横向模式不稳定效应突然出现,激光器输出功率突然减小,减小的输出功率由包层光滤除器倾泻到谐振腔外。实验发现:受激拉曼散射光谱增强、输出功率减小与包层光滤除器温度上升存在一定的关联;通过缩短光纤长度抑制受激拉曼散射,可以将单端抽运激光振荡器的横向模式不稳定阈值增大到2kW以上。对纤芯直径为25μm的双端抽运激光振荡器进行研究,同样通过抑制受激拉曼散射增大了横向模式不稳定阈值,获得了大于5kW的激光功率输出。实验结果初步验证了在非线性较强的情况下,受激拉曼散射是导致横向模式不稳定的原因,通过抑制受激拉曼散射可以增大横向模式不稳定阈值。     

基于国产25/400μm光栅的2.7kW全光纤激光振荡器

正高功率光纤激光振荡器具有结构简单、稳定性好、成本低廉等优点,在工业加工、材料处理等领域有着广阔的应用前景。目前报道的2kW以上单纤全光纤激光输出大多采用放大器实现。2014年,芬兰CoreLase公司推出了2kW的全光纤激光振荡器产品;同年,美国相干公司基于空间结构实现了3kW的光纤激光振荡器;国防科技大学于2015年和2017年分别基于单端和双端抽运方案实现了2kW和3kW的全光纤激     

基于国产光栅的全光纤振荡器输出功率突破5.2kW

正高功率光纤振荡器的结构简单、稳定性好,在工业加工领域有着广泛的应用。2014年以来,全光纤振荡器的输出功率从2 kW迅速提升到4 kW以上。2017年8月,日本滕仓公司报道了输出功率为4 kW的全光纤振荡器。2017年7月,国防科技大学利用全国产且纤芯、内包层直径分别为25μm和400μm的大模场光纤光栅,采用单端抽运方式实现了输出功率大于2.7 kW的全光纤振荡器。2018年1月,国防科技大学基于该光纤光栅,并采用双端抽     

高光束质量3×1光纤功率合束器的研制

在基于光纤功率合束器的高功率合成方案中，合成后激光保持好的光束质量是当前激光领域亟待解决的问题之一。实现了一种高光束质量光纤功率合束器的研制。首先，利用仿真软件建立3×1光纤功率合束器模型，对影响功率合束器光束质量和传输效率的因素进行了仿真，得到了制作合束器最佳参数的理论值；其次，基于光纤包层腐蚀技术，根据仿真结果利用熔融拉锥光纤束技术研制了一种输出光纤为50/400 μm （NA=0.12）的高光束质量3×1光纤功率合束器；最后，利用三台3 kW的光纤激光器对其进行了测试，在总输入功率为8.95 kW的情况下，合束后输出功率为8.62 kW，整体传输效率大于96%，光束质量M2=4.035。     

基于20/400μm增益光纤的3 kW近单模全光纤放大器及其长时工作特性

利用波长为976 nm的抽运源对基于纤芯/内包层直径为20/400μm的增益光纤放大器进行双向抽运,通过优化光纤弯曲半径,合理选择抽运方式并优化抽运功率配比,可有效抑制横向模式不稳定效应和受激拉曼散射,获得了输出功率大于3 kW的近单模全光纤放大器。光纤放大器的光-光转换效率约为73%,受激拉曼散射抑制比为20 dB,光束质量因子小于1.7,时/频域上没有出现模式不稳定现象。对该放大器进行10 h的连续测试,结果表明,该激光器性能稳定,有望用于工业加工等领域。     

LD抽运主振荡功率放大结构4.1kW全光纤激光器

利用半导体激光器(LD)抽运大模场增益光纤实现了输出功率大于4kW的主振荡功率放大结构全光纤激光器。实验研究了增益光纤纤芯直径和抽运波长不同情况下激光器的受激拉曼散射(SRS)和横向模式不稳定(TMI)特性。为了抑制SRS,选择纤芯为30μm的大模场掺镱光纤作为增益介质;为了抑制光纤放大器中的TMI,利用增益光纤吸收系数较低波段对应的915nm LD作为抽运源,将增益光纤弯曲半径降低到10cm以提高高阶模的损耗。在种子功率为100 W、最高注入抽运功率为5.3kW时获得了4.1kW的功率输出,光束质量M2为2.2,输出激光中无SRS和TMI现象。     

高功率光纤激光器中反向抽运结构对模式不稳定的抑制

模式不稳定效应会影响高功率激光输出的光束质量,成为高功率光纤激光器定标放大过程中获得近衍射极限光斑的主要限制因素。基于模式耦合理论建立描述模式不稳定现象的半解析模型。理论模型的计算结果表明与正向抽运结构相比,反向抽运和双向抽运结构具有更高的模式不稳定阈值。通过实验对理论结果进行验证,发现反向抽运光纤激光器的模式不稳定阈值至少比正向抽运结构高50%。实验中搭建反向抽运光纤激光器,实现了2kW窄线宽高光束质量激光输出。     

全国产单纤激光系统获得10.6 kW激光输出

正高功率光纤激光系统在工业、军事等领域有着重要的应用。如何提高单纤激光系统的输出功率一直是研究的热点。目前,受激光二极管(LD)抽运光源亮度和光纤材料水平的限制,尚未见利用单端注入976nm直接抽运的单纤系统或者国产光纤系统实现10kW级功率输出的报道。近期,中国工程物理研究院激光聚变研究中心自主设计了一种新结构的976nm直接单端抽运的单纤激光系统,有效解决了上述问题,采用全国产光纤材     

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     

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。     

2 kW抗反射振荡-放大一体化光纤激光器

提出了一种新结构全光纤激光器。采用振荡-放大一体化结构,有效抑制了反射激光对光纤激光器稳定性的影响,实现了高效率、高功率和高光束质量的输出。实验搭建了光纤激光器系统,实现了大于2kW的输出,抽运光和输出光之间的转换效率为81.6%,光束质量M~2因子优于1.4。采用高反射金属材料验证了该激光器的抗反射性能,激光器在满功率输出下,能够长时间稳定工作。     

1.3 μm高脉冲能量锁模皮秒再生放大器

报道了激光二极管抽运工作波长为1.3 μm的高能量皮秒再生放大器,种子源为重复频率65 MHz、平均输出功率140 mW的被动锁模皮秒激光振荡器。通过优化再生放大器,获得了重复频率为1 kHz、脉宽小于20 ps、单脉冲能量大于1 mJ的高脉冲能量皮秒脉冲激光,脉冲能量稳定性均方根值小于0.3%,其倍频光束671 nm的质量因子M2小于等于1.1,这表明再生放大器输出激光具有很好的光束质量。     

1kW单模全光纤激光器实验研究

研究了高功率下光纤激光器实现单模激光输出的模式控制方式,分析了输出功率1kW的连续全光纤激光器的实现方法。采用一级振荡、一级放大的主振荡功率放大方式,实现了工作波长1.08μm,最大输出功率1.05 kW的全光纤连续激光输出,光-光转换效率77%,光束质量Mx2=1.43、My2=1.42。分析了光束质量变差的原因,认为在高功率下光纤弯曲导致原先在纤芯中传输的激光部分被泄露到包层中,在包层中传输激光使光束质量变差。针对某些特殊用途,对中心波长的稳定度进行了研究,经测量发现随着输出功率的增大,中心波长无明显变化。     

1 kW全光纤激光器实验研究

研究了输出功率1 kW的连续全光纤激光器的实现方法。采用双端泵浦单谐振腔方式,通过优化增益光纤及光纤光栅参数,实现了工作波长1.08μm,最大输出功率1.03 kW的全光纤连续激光输出,光-光转换效率74.6%,斜效率75%。输出功率为272 W时光束质量M2x=1.39,M2y=1.43。分析了光束质量变差的原因,认为在高功率下光纤光栅、合束器及熔点导致原先在纤芯中传输的激光部分被泄露到包层中,在包层中传输的激光使光束质量变差。提出了进一步改进的方法。     

百瓦级高重复频率窄脉宽光纤激光器实验研究

报道了一种基于主振荡-功率放大( MOPA)方式工作的脉冲光纤激光器.为了获得高重复频率、高峰值功率、高光束质量的激光输出,以自行研制的小型激光二极管(LD)抽运声光Q开关Nd∶GdVO4固体激光器作为种子源,采用两级掺Yb双包层光纤串联结构(光纤纤芯直径分别为20 μm和80 μm),对注入功率为2 W的种子激光信号进行放大.最终获得了平均功率103 W的脉冲激光输出,重复频率50 kHz,脉冲宽度12.7 ns,峰值功率达162 kW,光束质量M2=4.3.     

基于国产光纤的多级级联分布式侧面抽运光纤振荡器实现2kW的功率输出

<正>高功率光纤振荡器因性能稳定、便携性好、成本低等优点,受到广泛关注。2016年,国防科学技术大学利用自主研发的分布式侧面耦合包层抽运光纤,实现了多级级联分布式侧面抽运光纤振荡器2kW量级的功率输出,并通过引入末级反向抽运方案,实现了对输出端残余抽运光的良好抑制。实验装置示意图如图1(a)所示。该激光器为一个全光纤振荡器,振荡器增益光纤由三段长度分别为10,10,5m的分布式侧面耦合包层抽运光纤级联而成,信号纤芯、信号光纤内包层、抽运光纤的直径分别为25,250,250μm。振荡器采用末级     

全光纤激光振荡器输出功率突破6 kW

高功率光纤激光振荡器系统结构和控制逻辑简单、性能稳定可靠,在工业加工领域有着广泛的应用。2018年以来,光纤振荡器的输出功率得到了极大的提升。基于空间耦合结构,德国Laserline公司于2019年2月报道了输出功率为17 kW的光纤激光振荡器。利用全光纤结构,日本藤仓公司与德国耶拿大学于2018年分别报道了输出功率为5 kW的全光纤振荡器;国内国防科技大学也于2018年1月实现了全光纤激光振荡器5.2 kW的功率输出。     

高功率全光纤(2+1)×1侧面抽运合束器的研制

基于拉锥-熔合法研制了一种高功率全光纤(2+1)×1侧面抽运合束器。利用仿真软件建立理论模型,计算了合束器耦合效率,并制备出这种侧面抽运合束器。经测试,该合束器在抽运功率为600 W时,两抽运臂的耦合效率分别为98.2%和96.3%,信号光插入损耗约为0.11dB。利用该合束器搭建了千瓦级光纤激光放大器,双向抽运光功率达到1.8kW时,在1080nm处获得的激光输出功率为1.426kW。