基于输出光纤为50μm的7×1光纤功率合束器实现大于14 kW的高光束质量光纤激光合成

正由于单路光纤激光器受非线性效应、热效应、模式不稳定等多种因素的影响,进一步提升其输出功率存在较大技术挑战。光纤功率合束器可将多个中等功率的光纤激光器进行功率合成,以获得更高功率的光纤激光输出。国防科技大学于2015年基于自研的、输出光纤为100μm和50μm的7×1光纤功率合束器分别实现了大于6kW的光纤激光合成输出,又于2016年基于自研的、输出光纤为100μm     

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。     

基于光纤合束器的泵浦方案设计

报道了两种基于光纤合束器的高功率光纤激光器泵浦方案设计.实验研究了(6+1)×1光纤合束器泵浦耦合方案与(6+1)×1、7×1光纤合束器级联泵浦耦合方案,利用后者实现了806W泵浦功率输出,耦合效率达到90.6％.     

高功率光纤激光器功率合束器的研究进展(特邀)

光纤功率合束器是实现高功率光纤激光的核心元器件,可将多个中等功率的光纤激光器进行功率合成,以获得更高功率的光纤激光输出,解决单根光纤激光器功率进一步提升所遇到的瓶颈问题。文中综述了光纤激光功率合束器的基本结构和国内外研究现状,阐述了光纤功率合束器的工艺制作流程以及工艺难点,针对现存问题及今后的研究方向提出了建议。     

双向同带泵浦光纤激光实现大于6 kW的近单模输出

高功率光纤激光器具有电光效率高、光束质量好、结构紧凑、可柔性操作等特点,已经在多个领域得到广泛应用.同带泵浦具有泵浦亮度高、热管理方便等优势,是实现高功率高光束质量光纤激光器的有效途径.2010年,IPG公司利用同带泵浦技术实现了10 kW单模光纤激光输出,并于2012年进一步将功率提升至20 kW.自此同带泵浦成为国内外高功率光纤激光领域的研究热点.     

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。     

基于双色镜的2.3 kW光纤激光光束合成

基于双色镜的光谱合成技术可突破单个光纤激光器输出功率极限的限制，是获得高功率、高光束质量激光输出的有效技术手段。理论上，初步探究了参与合成的光束位置偏移及倾斜误差对合成光束质量的影响，结果表明光束倾斜误差对合成系统的输出特性影响显著。实验上，开展了两路窄线宽光纤激光器的合成实验，使用双色镜作为合成元件，获得了最大输出功率为2355 W的高光束质量共孔径合成输出，光束质量M2为1.9，合成效率大于99%，实验验证了双色镜在反射和透射情况下具有较高的效率。通过进一步提高单路光纤激光的输出功率或增加合成路数，可以实现更高功率和更好光束质量的共孔径激光输出。     

全光纤激光振荡器输出功率突破7kW

高功率光纤激光振荡器具有结构紧凑、抗回光能力强、稳定性好等优点,在工业加工、材料处理等领域有广泛的应用。近年来,随着泵浦源亮度、后向合束器以及光纤光栅等器件工艺的突破,光纤激光振荡器的输出功率得到了稳步提升。2019年和2020年初,国防科技大学在全光纤结构振荡器方面先后突破5.2k W和6k W。2020年日本藤仓公司也报道了输出功率为8k W的近单模光纤振荡器。     

光纤合束器的研制与应用

光纤合束器是一种先进的将泵浦光耦合进双包层光纤的器件.介绍了这种器件的结构和优点,以及它在大功率光纤激光器和光纤放大器中的应用,并对它的研制过程进行了探讨.     

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。     

光纤合束器的制作工艺及其应用

对光纤合束器的主要制作工艺进行了探讨,并介绍了光纤合束器在高功率全光纤激光器和光纤放大器中的应用。     

高功率光纤合束器热阻系数的研究

报道了高功率光纤合束器热阻系数的研究。实验研究了高功率光纤合束器热阻系数的测量方法,分别在被动制冷、主动制冷和消除背向反射光条件下,测量了加拿大ITF公司系列高功率光纤合束器的热阻系数,分别为0.32 ℃/W,0.15 ℃/W,0.29 ℃/W;比较被动制冷和主动制冷两种条件下光纤合束器热阻系数的差异,表明主动制冷可以明显降低光纤合束器热阻系数;研究了光纤合束器背向反射光对热阻系数的影响,发现消除背向反射光有利于降低热阻系数。研究结果对高功率光纤激光器结构设计具有重要意义。     

用于油井激光射孔的10 kW激光19×1空间非相干合束

激光射孔是油井完井工程领域一项具有前瞻性的技术,对提高石油资源采收率具有重要的应用价值。为提高油井激光射孔所使用的激光功率和激光传输的安全性,利用19台光纤传输972 nm半导体激光器实现了10 kW级激光空间非相干合束。通过分析参与合束的准直激光束的半径、间距与合束激光的光斑重叠率之间的变化规律以及模拟合束激光横截面能量分布,完成激光空间非相干合束器的结构设计。在300 mm的合束长度内实现了具有单一光束形态且最大合束功率达到10.441 kW、焦斑直径21 mm、线宽2.46 nm的空间非相干合束激光输出,合束效率达到98.2%。利用10 kW空间非相干合束激光完成了针对砂岩和钢板的地面激光射孔实验,射孔深度分别达到570 mm和70 mm。     

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。     

平顶光输出的全光纤信号合束器

通过对光纤信号合束器的锥区与输出光纤进行特殊处理,并对输出光纤进行扭转处理,实现平顶光输出.测试结果表明,20/130 μm(纤芯直径为20 μm,包层直径为130 μm)光纤输入、100/120/360 μm(纤芯直径为100 μm,包层直径为360 μm,纤芯和包层之间低折射率层的直径为120 μm)光纤或者200...     

UHF 1 kW全固态电视发射机的功率合成

随着科学技术的不断进步,全固态电视发射机将逐步替代电子管电视发射机.这主要是由于射频大功率晶体管和射频功放模块组件产品的不断开发,以及全固态机以其体积小、可靠性高、维护方便和运行费用低等独特的优点,再加上国内生产厂生产工艺的逐步成熟,在价格方面也逐步下降,已能被国内多数电视台所接受,全固态发射机在国内的市场日趋扩大.     

基于宽谱激光双色镜合成的8kW近单模光纤激光器

<正>受到非线性效应、模式不稳定效应等因素的限制,单模光纤激光器的输出功率存在极限。为了提升近单模光纤激光器的输出功率,研究人员提出了光谱合成、双色镜合成等功率提升方法,这些方法既能够提升激光功率,又能保持单路激光良好的光束质量。当前,大部分光谱合成和双色镜合成都是基于窄谱激光实现的。对于中高功率的单模光纤激光,基于宽谱光纤激光器的双色镜合成方案也是一种低成本高可靠性的技术途径。     

基于多路窄线宽光纤激光的9.6kW共孔径光谱合成光源

理论和实验研究了一种基于双多层电介质膜(MLD)光栅色散补偿构型设计的光谱合成激光器,该激光器既实现了多路光纤激光高光束质量共孔径光谱合成输出,也降低了单路光纤激光的线宽要求。优化了该激光器的光束质量退化分析模型,分析了激光波长、光栅色散和光谱结构对光谱合成输出光束质量的影响,实验研究了不同功率水平下的光谱合成输出光束质量变化特性,获得了最大输出功率为9.6kW的高光束质量共孔径合成输出,光束质量M2为2.9,合成效率达到92.0%。通过进一步压缩每路光纤激光的线宽并提升其功率或增加合成路数,可以获得更高功率和更高光束质量水平的共孔径激光输出。