基于中心掺杂的3.5 kW窄线宽光纤激光器

正目前,进一步提升光纤激光器的输出功率的有效方案是光束合成,主要包括相干合成和光谱合成。而光束合成要求激光子束具有窄线宽、高功率、高光束质量的特性。随着输出功率的提升,窄线宽光纤激光器受到受激布里渊散射(SBS)、受激拉曼散射(SRS)和模式不稳定性(MI)的限制越来越明显。     

1.89kW窄线宽、单偏振、准单模全光纤放大器

正窄线宽、单偏振、准单模光纤激光在非线性频率转换、引力波探测、光束合成等领域有广泛的应用需求。然而,受限于受激布里渊散射效应和模式不稳定等因素,国际上公开报道的窄线宽、单偏振、准单模光纤激光的最高输出功率仍然停留在1 k W左右。最近,国防科学技术大学光电科学与工程学院采用级联相位调制方法抑制受激布里渊散射效应,采用增益光纤盘绕技术抑制模式不稳定,成功研制出1.89 k W窄线宽、     

国产锥形光纤实现4.2kW近单模窄线宽激光

<正>近年来,高功率窄线宽光纤激光在非线性频率变换、光束合成等领域有广泛的应用需求。受限于非线性效应[受激拉曼散射（SRS）和受激布里渊散射（SBS）]和模式不稳定（TMI）效应等,目前基于常规商用大模场光纤实现了最高5kW级的窄线宽掺镱光纤激光输出。纤芯直径沿光纤纵向变化的锥形光纤逐渐被用于高功率光纤激光器中,在抑制非线性效应、保持光束质量等方面展现了优势。目前,基于锥形光纤实现了最高5kW级的宽谱光纤激光输出。     

国产保偏光纤实现5 kW级窄线宽激光输出

<正>高功率窄线宽线偏振光纤激光器作为一种重要的高亮度光源，在引力波探测、频率转换以及光束合成等领域应用广泛。近年来，通过开发受激布里渊散射(SBS)、受激拉曼散射(SRS)等非线性效应和热致模式不稳定(TMI)的抑制技术，国内外同行在窄线宽线偏振近衍射极限光纤激光的研究方面取得了一系列重要进展。2018年，美国IPG公司基于全保偏光纤结构实现了2 kW窄线宽线偏振激光输出。2022年，中国工程物理研究院先后报道了4.45 kW和5 kW级近衍射极限窄线宽保偏光纤放大器。近年来，国防科技大学持续进行高功率窄线宽线偏振光纤激光的研究工作，2016年，课题组采用级联正弦相位调制技术，     

基于级联相位调制的4.9kW窄线宽单纤光纤激光器

高功率窄线宽光纤激光器在遥感测量、引力波探测、光束合成等领域中应用广泛,但硅基光纤中的受激布里渊散射效应限制了其输出功率。对单频种子源进行相位调制以展宽线宽是常见的抑制受激布里渊散射的方法。然而,单一机理的射频相位调制对受激布里渊散射效应的阈值提升能力有限,已经不能满足近5 kW的激光功率需求。分析了伪随机二进制序列和正弦信号级联的相位调制对光谱展宽和受激布里渊散射效应抑制的影响,搭建了级联相位调制的高功率窄线宽光纤激光器,采用四级功率放大结构,在46 GHz均方根线宽下,实现了4.93 kW激光输出,中心波长为1067.5 nm,斜率效率为78%,光束质量为M²<1.2。     

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。     

线偏振窄线宽单模光纤放大器实现2.43kW的功率输出

正线偏振窄线宽光纤放大器在非线性频率变换和光束合成等领域有着广泛的应用。目前,非线偏振窄线宽光纤放大器的输出功率已经突破4kW。相对于非保偏光纤,保偏光纤中的非线性效应更强,且模式不稳定(TMI)阈值更低。因此,基于保偏光纤实现高功率全光纤线偏振激光输出更具挑战性。目前,国际上公开报道的全光纤线偏振窄线宽放大器的输出功率大多为1.5kW左右。2015年11月,国防科技大学利用三级级联相位调制方案,实现了1.89kW的线偏振窄线宽激光输出,但是由于TMI的存在,输出功率的进一步提升受到限制。     

基于同带抽运的4 kW级窄线宽全光纤放大器

正受限于热效应、非线性效应、抽运源亮度等因素,单路光纤激光功率提升能力有限。相干合成和光谱合成是获得更高功率输出且同时有望保持良好光束质量的有效方案。相干合成/光谱合成系统要求其基本单元模块——单路光纤激光窄线宽输出。然而,受限于受激布里渊散射(SBS)和热致模式不稳定(TMI)的双重影响,该类光纤光源的功率提升是国际公认的研究热点和难点。2016年,本课题组利用级联正弦相位调制抑制     

180 W单频全光纤激光器

高功率单频光纤激器在相干探测、功率光谱合成等方面具有广泛的应用前景。分析了高功率单频光纤激光器中受激布里渊散射效应的抑制方法,研究了放大级特性对受激布里渊散射效应的影响。采用线宽为70 kHz的单频光纤激光器作为种子源,经两级光纤放大,实现了中心波长1 064.1 nm、线宽70 kHz、最高功率为180 W的单频全光纤激光输出,光-光转换效率71.1%,光束质量Mx2=1.2,My2=1.21。分析了改变放大级特性前后输出功率提升的原因,认为改变放大级的温度分布减小了受激布里渊散射效应的增益系数,提高了输出激光的受激布里渊散射阈值,促使改变放大级温度分布后的输出功率大幅提高。该激光器的输出功率仅受限于泵浦功率,进一步提高泵浦功率,有望实现更高功率的单频光纤激光输出。     

基于简单MOPA结构实现3.78kW全光纤窄线宽激光输出

<正>高功率窄线宽光纤激光器在非线性频率转换、光谱合成、相干合成等方面有着重要的应用前景。但与宽谱光纤激光器相比,在功率放大过程中,窄线宽光纤激光器的受激拉曼散射（SRS）、受激布里渊散射（SBS）以及横模不稳定（transverse mode instability,TMI）等非线性效应的阈值更低,这些效应的影响也更大。目前,窄线宽光纤激光功率放大主要有两种方案：单频相位调制种子放大和单级振荡器种子放大。单频相位调制种子放大结构中种子激光的时域特性及其在放大过程中的线宽保持较好,是目前的主流方案。     

基于受激布里渊散射效应的4.5W全光纤窄线宽双波长激光器

制作了一个基于受激布里渊散射效应的全光纤结构窄线宽双波长激光器,其波长间隔为0.06 nm,输出功率为4.5 W,光-光转换效率为50%。对它的光谱特性、功率输出特性和相干性与单波长窄线宽光纤激光器进行对比研究表明,该双波长光纤激光器具有和单波长光纤激光器类似的功率输出特性,窄线宽双波长光纤激光器同样具有较好的相干性。在最大功率输出时,远场干涉条纹对比度达到80%。该窄线宽双波长光纤激光器可用于光束相干合成。     

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。     

窄线宽光纤放大器中受激布里渊散射抑制研究进展

受激布里渊散射(SBS)是窄线宽高功率光纤放大器输出功率的主要限制因素。介绍了目前国内外主要的SBS抑制方案及其研究进展,重点介绍了通过相位调制等方法展宽种子激光线宽以及施加温度、应力梯度和声场裁剪等改变布里渊增益谱的SBS抑制方法。对各种SBS抑制方案进行了对比和总结,为相关研究提供参考。     

31kW窄线宽线偏振纳秒全光纤激光器

报道一种高峰值功率、线偏振、窄线宽、纳秒脉冲的全光纤激光器。种子源激光器产生的单频连续激光通过一个电光强度调制器实施调制,为抑制受激布里渊散射(SBS),脉宽设置为2.8ns,重复频率为1.59 MHz。经两级预放、一级功率放大进行放大,激光最大平均输出功率为139 W,峰值功率为31kW。实验过程中未发现受激拉曼散射(SRS),功率的提升受限于SBS。在最高功率输出情况下,激光器的光束质量小于1.3。受限于(6+1)×1保偏合束器,激光器的偏振消光比为14.5dB。     

小信号低频电流调制下激光频移数学模型

激光通过光纤传输时,线宽越窄,受激布里渊散射的阈值就越低.高功率激光很容易产生受激布里渊散射,影响光信号的传输.对大功率半导体激光器进行小信号电流调制是解决这一问题的方法之一.在正弦小信号调制电流作用下,分布反馈式半导体激光器(DFB-SLD)输出的激光会发生频率偏移,光源线宽展宽,从而可以提高受激散射阈值,进而降低传...     

全光纤化高效率、窄线宽光纤激光器实现2.5kW近衍射极限输出

正高亮度、窄线宽光纤激光光源在相干通信、激光雷达、相干/光谱合成、高能粒子加速器、聚变点火和激光冷却等领域具有重大的研究价值和广阔的应用前景。然而,光纤中的非线性效应以及大模场光纤的模式不稳定(MI)效应是保证光谱纯度和光束质量的同时进行输出功率定标放大的主要限制因素,因此,采用创新技术手段突破这两个限制因素是现阶段窄线宽光纤激光的研究焦点,引起国内外主流研究机构的重点关注。最近,2015年,德国Jena大学实现了45 GHz线宽,输出功率2.3 k W的近衍射极限光纤激光,光-光转换     

窄线宽光纤激光振荡器研究进展（特邀）

窄线宽光纤激光器在遥感探测、非线性频率转换和光束合成等领域具有重要的应用价值。介绍了窄线宽光纤激光振荡器的典型谐振腔结构及其工作原理,从实现更窄线宽的角度梳理了单频选模技术,从获得更高功率的角度梳理了功率提升技术,综述了窄线宽光纤激光振荡器的研究现状,并对窄线宽光纤激光技术的发展进行了展望。     

信号光谱宽特性对单频光纤放大器SBS阈值的影响

受激布里渊散射(SBS)效应是影响单频窄线宽光纤激光放大器功率提高的重要因素。以白噪声作为射频信号源,采用相位调制技术,设计并搭建了一套三级主振荡功率放大全光纤激光系统。分析和研究了信号光频谱宽度与光纤放大器系统SBS阈值之间的关系,通过改变白噪声信号的幅值,实现精确控制信号光谱宽,获得了中心波长为1030.93nm、线宽为0.9GHz、平均功率为90W的窄线宽准连续激光输出,相应的X方向与Y方向的光束质量因子分别为1.28和1.27。该研究为实现高功率单频窄线宽光纤激光器的产业化提供了可靠的理论和实验基础。     

相位锁定双包层光纤激光器阵列获得18.3 W的相干输出

光纤激光器以其结构紧凑、转换效率高、易散热和光束质量好等优点正逐渐成为高功率全固态激光器的主要选择。目前,单根光纤激光器的输出功率已经超过千瓦量级,但是由于受受激拉曼散射(SRS)和受激布里渊散射(SBS)等非线性效应的影响,单根光纤激光器的最终输出功率还是受到限制。     

高功率线偏振窄线宽光纤激光器TMI抑制

高功率线偏振窄线宽光纤激器在功率光谱合成、相干探测等方面具有广泛的应用前景。在高功率线偏振窄线宽光纤激光器中,模式不稳定(TMI)效应是限制其功率提升的主要因素之一。本文分析了TMI效应对高功率线偏振窄线宽光纤激光器输出功率的影响,提出了TMI效应的抑制方法。文章采用长波泵浦技术,输出功率100mW的单频激光器作为种子源,相位调制器将种子源线宽展宽至25GHz,经三级放大,最终实现了线宽25GHz、功率22 kW、中心波长1064nm、消光比98的线偏振窄线宽激光输出,光束质量M2x=12、M2y=121。分析了泵浦波长对TMI效应的影响:由于光线芯径较小(20μm),增益光纤对泵浦光吸收系数较高(18dB/m@976nm),纤芯温度较高,加上泵浦光量子亏损引入的热,导致纤芯折射率发生变化,较低功率下发生TMI效应,当泵浦波长向长波偏移时,泵浦光的量子亏损降低,同时泵浦吸收系数也降低,无论在光纤全长、还是单位长度上的热分布均减小,增大了TMI阈值,提升了线偏振窄线宽光纤激光器的输出功率。