两路光纤激光器外腔式互注入锁相实验研究

提出了一种获得相干合成激光输出的新方法。利用45°半透半反分束镜和角锥反射器,通过对两路独立振荡光纤激光器(FL)成功实现外腔式能量相互注入锁相输出,在远场观察到清晰稳定的干涉条纹(可见度约0.5),获得了功率约400mW的相干合成激光输出,功率合成效率接近80%。整个互注入锁相系统中的元件均采用高功率器件,因此本方法可以在更高功率条件下运行。     

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。     

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。     

角锥腔互注入锁相光纤激光器

提出一种基于角锥互注入锁相的多路光纤激光器相干合成新技术,分析了其锁相原理,设计了基于球面角锥和平面角锥的两种多光束光纤激光器相干合成方案.开展了基于平面角锥互注入锁相的两路光纤激光器的相干合成实验,成功实现了两路独立光纤激光器的注入锁定,观察到波长锁定(中心波长稳定在1085.22 nm)、远场干涉条纹(可见度约0.5)、线宽压缩(44%)和功率合成效率大于1(120%)等现象,获得了超过2.4 W的相干合成激光输出.在两路光纤激光器不同功率比例注入条件下,研究了波长漂移的规律,得到了波长漂移量与注入功率成反比的定性规律.     

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。     

角锥互注入锁相光纤激光器相干合成技术研究

提出角锥作为相干合成元件实现互注入锁相获得相干合成输出的方案。对比分析了采用4种锁相结构进行两路光纤激光器相干合成的结果,并报道了4路光纤激光相干合成的最新实验结果。     

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。     

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。     

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。     

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。     

角锥腔脉冲固体激光器互注入锁相实验研究

相干合成技术是获得高功率、高亮度激光输出的有效途径之一。互注入锁相是获得相干合成的被动方式。理论分析与仿真模拟了角锥的相干特性,提出了基于角锥棱镜的脉冲固体激光束相干合成方案。开展了两路脉冲固体激光束相干合成和六路脉冲固体激光束相干合成的实验研究。得到了超过255mJ的合成激光输出,功率合成效率接近80%,可见度约为0.5。研究表明,该方法结构简单,是获得多路激光相干合成输出的有效方案。     

基于透射体布拉格光栅频谱组束的实验研究

基于透射体布拉格光栅频谱组束的设计方案,采用半导体激光器作为泵浦源,以双包层Er3+/Yb3+共掺光纤为增益介质,报道了两束光纤激光频谱组束的实验结果.作为一种激光合成方法,在两束光纤激光输出功率分别为0.48 W和0.71 W、光栅实际衍射效率不到40%的情况下,实现了组束功率为0.56 W,绝对组束效率约为47%的组柬激光输出.并分析了实验过程中影响组束效率的因素.     

短腔磷酸盐玻璃光纤激光器实现高功率线偏振单频输出

单频光纤激光器在相干激光雷达、相干激光通信等重要领域有着广泛的应用。2003年Spiegelherg等首次利用长度为2 cm的铒镱共掺磷酸盐玻璃光纤实现了功率100 mW,线宽2 kHz的单频激光输出。2008年本课题组采用一个高反射镜和一个窄带光纤光栅谐振腔结构也实现了功率为100 mW以上的单频激光输出;2010年S.H.Xu等利用相     

高能光纤激光器光束合成技术

高能光纤激光器光束合成技术是近年来高能激光器尤其是定向能源应用中的研究热点,可突破单根单模光纤激光的输出功率限制,为高功率高光束质量的激光武器应用奠定了理论基础。介绍了光纤激光非相干合成和相干合成的国内外研究现状,给出了非相干合成技术中光束重叠和光谱合成的基本合成原理,重点介绍了国内外多家研究机构光谱合成近年来所达到的技术水平;介绍了国内外相干合成技术的最新研究进展,对相干合成等效大口径激光阵列输出中几种不同的透射式相干合成阵列输出和反射式相干合成阵列输出的关键合成装置,以及相干合成单一孔径输出中的核心光学元件进行详细分析。最后简要对比了高能光纤激光器光束相干合成技术和非相干合成技术的优缺点和应用范围。     

10 GHz窄线宽线偏振近单模全光纤激光器实现5 kW功率输出

<正>受非线性效应、热透镜、材料损伤等各种物理因素的限制，近单模光纤激光器的输出功率存在物理极限。自美国IPG公司2013年实现20 kW近单模光纤激光输出以来，功率没有进一步提升。多路近单模光纤激光的相干合成是提升其输出功率的一种有效技术途径，同时还可以保持良好的光束质量。但相干合成系统需要单路光纤激光具有窄线宽、线偏振、高光束质量等特性。除了相干合成外，窄线宽线偏振激光器还在光谱合成、非线性频率变换、引力波测量等领域中具有重要应用。     

基于掺杂粉末直拉棒工艺掺镱光子晶体光纤激光特性

采用掺杂粉末直拉棒工艺制备了一种小芯径的掺镱光子晶体光纤。以此光纤为增益介质,抽运波长为976 nm,实现了波长为1045 nm激光连续输出。并研究了抽运功率与光纤长度对激光性能的影响。受限于光纤的小芯径尺寸,该光纤激光器系统激光输出功率最大仅为0.42 W,激光斜率效率仅为33%。实验结果表明,利用掺杂石英粉末直拉棒工艺制备的掺镱光子晶体光纤有望应用于高功率光纤激光器的研制。     

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。     

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。     

基于偏振锁相的双光束相干合成

多路光束的相干合成是获得高功率、高亮度激光输出的有效途径.实验采用一种新型的偏振锁相技术,实现了对偏振方向相互垂直的两路光束的相位锁定和相干合成.研究表明该偏振锁相装置可将两束光的相位差锁定于0～2π之间的任意值且在较大振幅比情况下仍可获得大于90%的合束效率,是一种可定标放大的相干合成技术.     

宽带可调谐掺镱双包层光纤激光器

采用高功率975 nm多模半导体激光器(LD)作为抽运源,以大模场掺Yb3+双包层光纤(YDCF)作为激光增益介质,运用能够承受较高功率运行的利特罗(Littrow)光栅外腔调谐结构,实现了宽带可调谐激光输出.实验中,双包层光纤采用最优光纤长度14 m,光栅经仔细调整后有效入纤反馈效率约20%,当入纤抽运功率约1.3 W时,激光器达到阈值并开始振荡.通过连续旋转光栅,激光输出波长能在1046～1121 nm之间实现可调谐,可调范围达75 nm.当入纤抽运功率为48 W时,在1089 nm波长处获得最大输出功率23.7 W,相应斜率效率为53%.最后,基于数值模拟简单地分析了激光输出特性,实验结果与数值模拟结果基本保持一致.