三点抽运的高功率双包层光纤激光器优化设计

采用侧面抽运技术的三点抽运的高功率双包层光纤激光器是多点抽运的高功率双包层光纤激光器中最简单最基本的形式。为了研究其抽运参数的优化,以便在相同的抽运光功率下获得最大的激光输出功率,首先从掺Yb双包层光纤激光器的速率方程出发,得到了总体抽运损耗功率的表达式,然后根据总体抽运损耗功率最小化的原则,对三点抽运的高功率双包层激光器进行了优化设计,得到了最优抽运点选取的解析表达式。数值仿真分析表明,优化后的光纤激光器输出功率较优化前有所提高,尤其是对于优化前抽运光的总体损耗功率较大时更为明显。三点抽运的高功率双包层光纤激光器的优化结果很有意义,也为多点抽运的双包层光纤的优化设计提供了思路。     

分布式侧面耦合包层抽运光纤激光器数值模拟

研究了新型分布式侧面耦合包层抽运光纤激光器的特性。通过建立相互耦合的速率方程组,对分布式侧面耦合包层抽运光纤激光器进行了数值仿真。通过数值模拟与端面抽运双包层激光器进行对比,分别得到了两种模型的抽运光光场分布和输出激光分布,以及探讨了最佳光纤长度等激光器特性参数。结果显示,分布式侧面耦合包层抽运光纤的信号光纤中抽运光分布比较均匀,两端的热负荷较小,激光产生的线性度很好,热量能够分散到整根光纤,在高功率激光器的应用中具有较大的优势,这为更大功率光纤激光器的实现提供了新的思路。     

双端包层抽运光纤激光器实现137 W激光输出

采用包层抽运技术的双包层光纤激光器能够在内包层中注入高的抽运光功率 ,从而获得高功率的激光输出。光纤激光器具有接近量子极限的光 光转换效率 ;其面积 体积比很大 ,纤芯内高功率激光产生的热量很容易通过光纤表面散出 ,即使在高功率情况下也无需对光纤和谐振腔进行强制冷却 ;纤芯的波导限制使在高功率激光输出下也能够保证高的光束质量。这些独特特点使得高功率双包层光纤激光器成为极具前景的激光器件 ,在高精度激光加工、激光医学、空间技术等领域中逐渐成为主导力量。本课题组运用高功率LD抽运模块 ,采用端面包层抽运掺Yb3+ 双…     

CO2激光熔接型双包层光纤侧面抽运耦合器

为了把高功率的半导体激光器抽运光耦合入直径只有数百微米的双包层光纤内包层,以获得高的抽运功率,同时简化端面抛磨式熔接型侧面耦合器复杂的光纤处理工艺,提出了一种基于CO2激光熔接的双包层光纤侧面抽运耦合器的新方法,并进行了实验验证,介绍了试验装置和制作过程,制作了内包层直径为125μm非掺杂双包层光纤与105μm/125μm多模光纤的侧面耦合器,得到了82%的耦合效率测试结果。结果表明,所研制的熔接型侧面耦合器在侧面抽运的高功率双包层光纤激光器中具有很好的应用前景。     

多点抽运双包层光纤激光器理论及数值分析

大功率双包层光纤激光器采用分布式多点抽运有利于功率扩展和输出特性的优化.采用数值模拟的方法分别计算了正向多点抽运和反向多点抽运,得出了不同抽运光反射限制和不同的光纤长度条件下抽运点数与输出功率的关系,以及不同抽运点数和不同抽运光反射限制下的光纤最佳长度,并进一步得出,多点抽运时,通过在双包层光纤内包层写入光栅的方法对抽运光进行反射限制可以大大改善光纤激光器的输出特性.这些结论对多点抽运双包层光纤激光器的结构优化具有指导意义.     

双包层Yb/Er共掺光纤激光器的特性研究

对980nm抽运的双包层Yb/Er共掺光纤激光器进行了数值模拟,分析了稳态情况下光纤中上能级粒子数,抽运光功率,信号光功率沿光纤轴向的分布.计算了激光器输出功率与光纤长度的关系,激光器输出腔镜反射率与输出功率的关系.根据数值模拟的结果,采用4m长的铒镱共掺双包层光纤作为增益介质,反射率为15%的双包层光纤光栅作输出腔镜组建了全光纤激光器,其斜率效率为40%.在3.4W的最大抽运功率下,得到了1.25W的激光输出,输出光谱宽度为0.49nm.     

高功率光纤激光器抽运耦合技术的现状和发展

抽运耦合技术是实现高功率光纤激光输出的关键技术之一。对国内外双包层光纤激光器所采用的各种端面抽运耦合技术和侧面抽运耦合技术进行了详细的介绍,并比较了各自的优缺点。分析表明,熔融拉锥光纤束端面抽运和GTWave侧面抽运方式更有利于实现高功率光纤激光输出。     

高功率光纤激光器喇曼效应的数值分析

为了研究掺镱双包层高功率光纤激光器的结构参量对喇曼效应的影响,利用数值模拟方法求解有关抽运光、激光和斯托克斯波的稳态速率方程组,得到了激光和斯托克斯波在光纤轴向的分布特性,以及喇曼阈值抽运功率与光纤激光器结构参量的关系.结果表明,当光纤激光器采用大模面积、短腔长、小斯托克斯波辐射截面和长激光波长的结构参量时,能显著提高喇曼阈值抽运功率,降低喇曼效应.     

千瓦级纤维激光器技术

文中介绍了千瓦级光纤激光器,光结激光器抽运光通过光纤纤芯端面耦合,由于纤芯端面面积太小,使高功率二极管抽运光束无法注入,输出功率限制在几十毫瓦。双包层结构使输出功率提高了几个数量级,但不超过几十瓦,光纤嵌入式激光器或任意形状激光器能提高输出功率,使千瓦级激光器得以实现。     

解析求解双包层光纤激光器中受激喇曼光的阈值

为了研究斯托克斯光产生的振荡对激光输出功率的限制,采用对双包层光纤激光器的速率传输方程进行近似的解析求解的方法,得到了在斯托克斯光达到阈值时,光纤中激光功率以及激光器抽运功率的解析表达式.通过对解析表达式的分析,结果表明,可以通过缩短光纤长度来提高产生斯托克斯光的阈值和提高抽运光效率的方式使激光功率得到进一步提高.     

双包层光纤激光器的熔接型侧面耦合器

为了解决采用折射率匹配介质的光纤角度磨抛侧面耦合器中由于折射率匹配介质不能承受高功率密度的抽运光而分解,导致高功率抽运下侧面耦合器失效的问题,提出了采用CO2激光器制作熔接型侧面耦合器的新方法,并进行了实验验证,介绍了其实验装置和制作过程.由于熔接型侧面耦合器无需折射率匹配介质,因此能够承受很高的抽运光功率密度.在将该熔接型侧面耦合器用于高功率半导体激光器耦合实验中,获得的耦合功率达到7.2W,耦合效率优于70.5%.研究结果表明,所研制的熔接型侧面耦合器在侧面抽运的高功率双包层光纤激光器中具有很好的实用前景.     

用于高功率双包层光纤激光器侧面耦合的对称夹层结构

提出了一种基于亚波长衍射光栅理论的介质-金属-介质的对称夹层结构,这种结构因为没有使用诸如折射率匹配液、光学固化胶等承受不了较高温度的黏接物质,所以可以用于大功率激光二极管阵列的侧面抽运,尤其可用于条形半导体激光器侧面抽运双包层掺杂光纤中,以制作各种大功率稀土离子掺杂光纤激光器,并且其耦合效率可以达到80%以上。同时,这种侧面抽运技术还支持多点抽运以及光纤两端同时激射高能激光。     

用于高功率侧向泵浦的透射光栅耦合器

提出一种用于侧面泵浦大功率双包层光纤(DCF)激光器的双凹槽、双槽深的透射光栅耦合器,它可以被直接制作在DCF的侧面内包层上,以实现大功率的激光泵浦。利用严格的电磁场衍射理论对这种结构进行分析,并且通过结合一种梯度优化的拟牛顿算法(quasi-Newton methods)和微型遗传算法(micro-genetic algorithm)对这种结构进行优化,当侧面入射泵浦光分别为TM和TE偏振时,能实现的最大耦合效率分别为81.2%和79.7%,而且选择合适的参数可以做到偏振不敏感,对非偏振光的最大耦合效率可达72.4%,3种情况下光栅耦合器材料的折射率均大于1.8。对光栅的各个结构参数的制作容差γ、LD阵列的出射波长的漂移以及泵浦光的入射角度θ对耦合效率η的影响也进行了分析。     

高功率光纤激光器研究进展

高功率掺镱双包层光纤激光器由于在效率、散热和光束质量方面的优势,在工业加工、医疗和国防等领域具有广泛的应用前景,是目前国际上激光技术研究的热点之一.首先综述了国际上高功率光纤激光器的研究进展情况,然后重点介绍了中国科学院上海光学精密机械研究所在连续光纤激光和脉冲光纤激光方面所取得的进展,采用双端泵浦技术,在15 m的国产双包层光纤中获得440 W的连续输出,采用MOPA方式,以4 m长的国产光纤作为放大介质,在100 kHz时,获得了133 W的平均功率输出.     

泵浦波长对掺Yb3+双包层光纤激光器的影响

通过求解速率方程，得到了线形腔掺Yb^3 双包层光纤激光器输出光功率、泵浦阈值、斜率效率的表达式，分析了泵浦波长对激光器性能的影响。采用线形腔结构，研制了掺Yb^3 双包层光纤激光器，用不同波长的半导体激光器列阵做泵浦源进行了实验研究，理论与实验基本吻合。     

掺Yb3+双包层光纤激光器的研究进展

光纤激光器以其独特的优势得到快速发展,其应用范围已经扩展到工业加工、国防军事、医疗等领域。综述了连续、脉冲掺Yb3+双包层光纤激光器的国内外研究进展,介绍了利用能承受高功率的合束器、光纤光栅的全光纤激光器,利用种子光主振荡光纤放大技术产生高光束质量、高平均功率、高峰值功率的脉冲光纤激光器。分析了影响光纤激光器功率提高的因素,如光纤的损伤、非线性性效应、热效应。最后,对掺Yb3+双包层光纤激光器的发展前景进行了展望。