飞秒激光刻写FBG实现5kW近单模光纤振荡器

<正>高功率光纤振荡器具有结构简单、抗回光能力强、成本相对较低等特点,被广泛应用于工业加工领域。光纤布拉格光栅(FBG)是全光纤结构振荡器中不可或缺的器件,扮演着腔镜的角色。目前,工业用的FBG主要通过紫外曝光法制备,光纤需要预先载氢,刻写完成后需要进行退火处理,这些都增加了FBG的制备时间,且对FBG的性能会造成一定的影响。     

不同泵浦波长光纤激光器模式不稳定效应对比

一般认为,光纤激光器模式不稳定效应主要来自于泵浦源量子亏损和增益光纤泵浦吸收所产生的热效应。理论分析了光纤中的热源,发现诱发模式不稳定的热效应主要来源于泵浦吸收、其次是量子亏损;利用课题组开发的仿真软件SeeFiberLaser对该结论进行仿真。仿真结果表明:泵浦吸收系数越低,光纤中的最高温度和温度梯度越低,越有利于抑制热致折射率光栅的形成,提高模式不稳定阈值。搭建了纤芯/包层直径为30/400 μm的前向泵浦掺镱光纤激光振荡器,对比研究了中心波长为976 nm 、915 nm和940 nm的泵浦源泵浦时激光器的模式不稳定阈值特性。结果表明,分别采用中心波长为976 nm 、915 nm和940 nm 的半导体激光器作为泵浦源时,激光器模式不稳定阈值分别为279 W、502 W和697 W,光光转化效率分别为67.7%、61%和63%。由此可以发现,泵浦吸收系数对模式不稳定阈值的影响大于量子亏损对模式不稳定阈值的影响,通过改变泵浦波长降低泵浦吸收系数可以有效提升模式不稳定阈值。优化泵浦波长,兼顾量子效率和泵浦吸收系数,是光纤激光器实现高光束质量高模式不稳定阈值的重要技术路线之一。     

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。     

国产25μm/400μm啁啾倾斜光纤光栅传输功率突破4kW

啁啾倾斜光纤光栅(CTFBG)在高功率光纤激光受激拉曼散射抑制中有重要的应用。在25μm/400μm光纤上研制了可承受4.35kW激光功率的CTFBG,这是目前国内外已报道的最高功率水平。CTFBG的插入损耗小于0.3dB,最高功率下的温升仅为7.5℃,温升系数约为1.72℃/kW,表明其具有承受更高激光功率的能力。     

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。     

飞秒激光刻写FBG实现3.2kW单模光纤振荡器

采用飞秒激光相位模板动态刻写技术,在非载氢大模场双包层光纤（纤芯直径/内包层直径为20μm/400μm）上制备了中心波长约为1080 nm的光纤布拉格光栅对。高反射光纤布拉格光栅的反射率大于99%,低反射光纤布拉格光栅的反射率约为10%。利用这对光纤布拉格光栅搭建了高功率全光纤激光振荡器,实现了3.2 kW近单模激光输出,光束质量（M²）约为1.28,斜率效率约为77.9%。这是国内飞秒激光刻写的光纤布拉格光栅首次实现千瓦级以上的激光输出,研究结果对高功率光纤布拉格光栅的制备和高功率光纤振荡器的发展都有重要的意义。     

弱导阶跃折射率光纤中的模式简并问题

模式是光纤光学中的基本概念,也是光纤激光器研究中最关注的问题之一。在一般的教材、文献中对模式的简并问题涉及较少,没有给出清晰、直观的物理图像。文中采用经典的电磁场理论,阐明了矢量模的简并度、标量模的简并度以及矢量模和标量模之间的简并关系。在弱导阶跃折射率光纤中,矢量模和标量模都是描述光场的正交完备基,矢量模[HE1n(o)、HE1n(e)]与标量模[LP0n(ye)、LP0n(xe)]描述的光场空间是2维的,矢量模[TE0n、 HE2n(o)、 HE2n(e)、 TM0n]与标量模[LP1n(yo)、 LP1n(ye)、 LP1n(xo)、LP1n(xe)]描述的光场空间是4维的,矢量模[EHm-1,n(o)、 EHm-1,n(e)、 HEm+1,n(o)、 HEm+1, n(e)]与标量模[LPmn(yo)、LPmn(ye)、LPmn(xo)、LPmn(xe)]描述的光场空间也是4维的。     

高功率掺镱光纤振荡器:研究现状与发展趋势

近年来,高功率掺镱光纤振荡器的输出功率和光束质量不断提升,在工业、科研等领域得到了越来越广泛的应用。目前,多模掺镱光纤振荡器的输出功率已经突破17.5kW,近单模光纤振荡器输出功率已经突破8kW。本文对掺镱光纤振荡器在科研和工业领域的研究现状进行详细介绍,分析掺镱光纤振荡器未来的发展趋势;对进一步提升掺镱光纤振荡器功率和光束质量的各项关键技术进行剖析,给出了万瓦级近单模高功率掺镱光纤振荡器的技术方案,以期为更高功率光纤振荡器的发展提供技术参考。