湍流对相干合成与非相干合成远场光束质量的影响

根据广义惠更斯-菲涅耳原理,对相干合成和非相干合成光束在湍流大气中的传输进行数值计算,并引入光束传输因子(BPF)用于评价合成光束的光束质量,对湍流大气对相干合成与非相干合成远场光束质量的影响进行定量分析.研究结果表明,在自由空间及强度较弱的湍流大气中传输时,相干合成光束在远场呈现多旁瓣的非高斯分布特征,与非相干合成光束相比具有峰值强度高的优势.但是随着湍流强度的增大,相干合成光束之间的相干性被破坏,相干合成光束的远场光强分布逐渐演化成与非相干合成的情形一致.定量计算结果表明,对于不同波长、不同数目的激光阵列,在较强的湍流大气中传输时,相干合成的光束质量与非相干合成光束质量相比均不占优势.计算模型和结果为工程实际中合成方案的选择和评估提供了参考.     

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.     

高功率窄线宽光纤激光的研究进展与发展趋势

高功率窄线宽光纤激光器具有光束质量好、结构紧凑等优点,在相干合成、光谱合成以及非线性频率变换等领域具有广泛的应用前景,基于窄线宽光纤激光相干合成、光谱合成的激光系统性能指标已经超越单束激光的最高性能,基于窄线宽光纤激光非线性频率变换的激光也实现了同类波段激光的最高性能。分析窄线宽光纤激光功率提升同时保持光束质量过程中产生的物理机制和面临的技术挑战,详细介绍学校课题组在高功率窄线宽光纤激光方面取得的代表性成果,特别是高光束质量的7 kW级非线偏振窄线宽激光和5 kW级线偏振窄线宽激光,不仅是同类激光的最高功率值,也逼近了同等条件下非窄线宽光纤激光的功率极限。根据近年来理论研究和技术攻关结果,结合国内外研究现状,对高功率窄线宽光纤激光未来几个发展趋势进行预判。     

相位调制法抑制高功率窄线宽光纤放大器中的受激布里渊散射

相位调制单频激光产生多波长激光具有操作简单、成本低的特点,可有效抑制窄线宽光纤放大器中的受激布里渊散射(SBS)效应。理论研究了波长数目、波长成分相对强度与调制信号之间的关系,当调制频率较小时(如约100MHz),调制产生的多频激光可以有效提高SBS阈值。实验研究了调制频率为100MHz的相位调制对高功率窄线宽光纤放大器中SBS的抑制效果。在放大器末端熔接16m和26.5m传能光纤的情况下,SBS阈值输出功率分别为相应的未调制时的2.5倍和3.7倍。实验结果表明,利用相位调制可以有效抑制窄线宽光纤放大器中的SBS效应,且抑制效果与系统参数有关,未调制时的SBS阈值越低,效果越好。     

基于随机并行梯度下降算法光纤放大器相干合成的动态模拟与控制带宽分析

对随机并行梯度下降(SPGD)算法校正时变相位噪声的动态过程进行数值模拟,计算不同强度和频率的相位噪声对控制带宽的影响程度,分析控制带宽与光束数目以及算法执行速度之间的关系.计算结果表明,随着相位噪声强度和频率的增加,算法的控制带宽随之减小,带宽大小与参与合成的光束数目N的-4/3次方成正比,与算法执行速度成线性关系.计算结果可为SPGD算法应用至多路高功率光纤放大器相干合成提供参考.     

自适应锁相光纤激光阵列的湍流大气传输性能

研究一种具备校正活塞和倾斜像差能力的自适应锁相光纤激光阵列,利用多相位屏法对其在不同强度湍流大气中的传输性能进行数值计算,引入光束质量因子BPF对湍流大气的影响进行定量分析.当湍流强度较弱(折射率结构常数为Cn2+1×10-15m-2/3,传输距离为10 km,相干长度为4.3 cm)时,湍流大气对激光阵列传输的影响较小,光强分布与在真空中传输效果基本一致.当湍流强度较强(折射率结构常数分别为Cn2=5×10-15m-2/3和1×10-14m2/3,相干长度分别为1.6 cm和1 cm)时,自适应锁相光纤激光阵列的BPF分别为理想情形下的86%和70%;对应的未校正活塞像差和倾斜像差的光纤激光阵列传输至远场处的BPF值分别为理想情形下的55%和38%.计算结果表明,由于校正了活塞和倾斜像差,在较强湍流大气中传输时,自适应锁相光纤激光阵列能够显著提高远场光强的能量集中度.     

强噪声下光纤激光相干合成突破千路

<正>受限于热效应、非线性效应、光纤材料损伤、泵浦亮度等因素,单路光纤激光功率的提升能力有限。高亮度光束合成是突破单路光纤激光功率提升限制的主要技术途径,其中光纤激光阵列相干合成技术是产生高功率高光束质量激光的有效方式之一。近年来,光纤激光相干合成技术在输出功率和合成路数提升方面均取得了显著的进展。在输出功率方面,2011年Ma等^[1]率先突破1 kW,Flores等^[2]于2016年实现了4.9 kW合成输出;2017年,刘泽金等^[3]实现了5.02 kW高光束质量共孔径合成输出;2020年,     

光纤激光相干合成与谱合成的比较

相干合成和谱合成是两种不同的光束合成方案,近年来均取得了显著进展.为了比较系统地研究这两种新兴的光束合成技术,从光纤激光器的基本要求、关键技术、可扩展性、光束质量、系统稳定性和光束控制等6个方面,对目前已经获得高功率且有望获得更高功率输出的两种典型方案进行了比较研究.结果表明,基于主振荡功率放大器结构的相干合成方案和谱合成方案均难以同时获得高功率、高光束质量的激光输出.对于不同的应用场合,需要在高功率和高光束质量中选择较好的平衡点.