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。     

光纤激光器光谱合束技术综述

对实现高功率、高光束质量输出的光纤激光器光谱合束技术进行了综述。针对体布拉格光栅合束和多层介质膜光栅合束两种技术方案进行介绍,从合束原理、高功率窄线宽光纤激光器单元、光栅器件以及合束方案等方面进行分析。同时,针对近年来国内外在光纤激光光谱合束技术领域的发展也进行了归纳性的介绍。     

平均功率360W的光谱合成纳秒脉冲光纤激光

采用多层电介质膜衍射(MLD)光栅实现多路光纤激光的共孔径光谱合成是主流的光谱合成方案。本实验搭建了4路平均输出功率为100W量级的窄线宽脉冲光纤激光器,中心波长在1058～1075nm,利用基于MLD光栅的光谱合成系统,成功获得了平均功率360W,峰值功率122 kW,脉冲能量036mJ,合成效率90,重复频率1 MHz,脉冲宽度295ns的光谱合成脉冲激光输出。最大合成功率下对应的输出光束质量因子M2小于2(M2x=193,M2y=16)。     

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。     

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。     

高功率光纤激光光谱合成技术的研究进展

受热损伤和非线性效应等因素的制约,单个光纤激光器的单模输出功率受到限制。将多个光纤激光器的输出通过一定的方式进行光束合成,是实现更高功率激光输出的必然选择。介绍了光谱合成技术的发展历程和研究现状,给出了几类常见光谱合成系统的基本原理、关键要素和优缺点。介绍了中国科学院上海光学精密机械研究所在窄线宽光纤激光及其光谱合成方面的最新进展,并对高功率光纤激光光谱合成技术的发展前景进行了展望。     

5 kW窄线宽全纤化单模光纤放大器

正光谱合成、相干合成等光束合成技术是目前突破单纤功率限制、提升光纤激光输出功率的有效途径,其中高光束质量、高功率窄线宽光纤激光作为合成的子束一直是国内外研究的热点。目前,窄线宽光纤激光器输出功率的提升受限于受激布里渊散射(SBS)、受激拉曼散射(SRS)和模式不稳定性(MI)等非线性效应,5 kW以上的近衍射极限窄线宽光纤激光的输出在国内尚未有报道。2020年12月,     

高功率光纤激光器的关键技术及应用

高功率光纤激光器单模输出功率可达到1 kW,通过相干合束技术可以从多个光纤激光器获得几千瓦甚至几百千瓦的输出功率.高功率光纤激光器将使激光工业及国防应用产生革命性的变化.文中系统介绍了高功率光纤激光器的关键技术及其研究进展,阐述了在工业,航空业以及国防等领域的重要应用.     

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。     

激光光谱合成技术研究进展与展望（特邀）

光谱合成技术利用色散元件或双色元件,使多路不同波长的激光在近场和远场同时实现空间重叠,合成至单一孔径输出的激光,是实现高功率、高光束质量激光输出的技术途径之一,受到了研究者的极大关注。特别在近十年来,随着光栅等合成元件性能的不断改善,高功率高光束质量的光谱合成激光输出在工业、国防等领域发挥了重要作用,有着广泛的应用前景。文中对半导体激光器和光纤激光器两种典型激光工作介质进行归类,梳理并回顾了光谱合成技术的发展历程,综述了当前高功率光谱合成技术的主流方案与国内外研究现状。此外,结合笔者所在课题组在光谱合成方面的研究工作,展示了光谱合成技术近年的发展态势,并展望了光谱合成技术的未来发展方向。     

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.     

High efficient and narrow linewidth fiber laser based on fiber grating Fabry-Perot cavity

A high Er3+-doped narrow linewidth fiber laser based on fiber Bragg grating Fabry-Perot cavity was demonstrated. The spatial hole burning effect was restrained by a fiber Faraday rotator. Two short fiber Bragg grating Fabry-Perot cavities as narrow bandwidth filters discriminated and selected laser longitudinal modes efficiently. A stable single-frequency 1534.83 nm laser was acquired. Pumped by two 976 nm laser diodes and two-ended output, the fiber laser exhibited a 12 mW threshold. Total 39.5 mW output power and one end 22 mW output power were obtained at the maximum 145 mW pump power. Optical-optical efficiency was 27% and slope efficiency was 29.7%. The output power seemed to be saturated when pump power increased. The 3 dB linewidth of the laser was less than 7.5 kHz, measured by the delayed self-heterodyne method with 15 km monomode fiber. The high power narrow linewidth fiber laser can be used in high resolution fiber sensor systems.     

基于光纤光栅法布里-珀罗腔的高效窄线宽光纤激光器

报道了采用双光纤光栅(FBG)法布里-珀罗(F-P)腔选模的线形腔结构窄线宽光纤激光器。激光器以高掺杂Er~(3 )光纤为增益介质,利用全光纤型法拉第旋转器(FR)抑制空间烧孔效应,通过两个短光纤光栅法布里-珀罗腔选模,产生了稳定的1534．83 nm单频激光输出。激光器采用两支976 nm单模激光二极管(LD)抽运,两端输出。激光器阈值抽运光功率为12 mW,在总抽运光功率为145 mW时总输出信号光功率为39．5 mW,单端最高输出信号光功率为22 mW。光-光转换效率为27％,斜率效率为29．7％。随着抽运功率的增加,激光器输出功率趋于饱和。采用延迟自外差方法精确测量光纤激光器线宽,实验中使用了15 km单模光纤延迟线,由于测量精度的限制,得到激光器的线宽小于7kHz。这种光纤激光器具有输出功率高、线宽窄、信噪比高的特点,可用于高精度的光纤传感系统。     

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。     

光纤光栅外腔半导体激光器特性的研究

对谐振式集成光学角速率传感器 IORS 的关键器件之一——大功率、窄线宽光源进行了分析与实验 .分析结果表明 ,为达到优于 1°/ h的分辨率 ,光源应选用线宽小于 1MHz的强反馈光纤光栅外腔半导体激光器 FBG- L D ;研究了 FBG- LD的单纵模机制和线宽压窄特性 ,着重考虑了反馈端面的残留反射率对 FBG- L D输出功率的影响 ,以及耦合效率对 FBG- L D线宽的影响 ;在实验研究中采用了大功率、窄线宽、单纵模的 FBG- L D,并应用于光纤谐振腔 ,实测的谐振腔的清晰度与理论计算值是一致的 .     

采用色散型布儒斯特棱镜扩束器和光栅调谐的高效率脉冲钛宝石激光器

详细推导了采用色散型布儒斯特扩束器加光栅调谐脉冲钛宝石激光器压窄线宽的原理，纠正了原有理论的错误之处，实验结果和理论结果相吻合。该系统具有较宽的连续调谐范围和较窄的线宽，并获得较高的窄线宽运转的激光效率。     

A 43-W C-band tunable narrow-linewidth erbium-ytterbium codoped large-core fiber laser

The authors report a widely tunable and highly efficient cladding-pumped erbium-ytterbium codoped large-core fiber laser, generating up to 43 W of output power at /spl sim/1.5 /spl mu/m with a narrow linewidth (0.16-nm full-width at half-maximum) and a good beam quality (M/sup 2/<1.7). By use of a tunable narrow-band fiber Bragg grating, the laser wavelength was tuned from 1532 to 1567 nm, limited upwards by the tuning range of the fiber grating. The overall slope efficiency was 32% with respect to launched pump power.