多抖动法主振荡功率放大器相干合成技术

 采用多抖动相位控制方法实现了两路和三路1 Ｗ量级光纤放大器的相干合成,对实验结果进行了详细分析。实验中,将种子光源输出激光分为两路（或三路）,分别通过光纤放大器进行功率放大,并采用多抖动法实现相干合成。控制系统开环时,远场光斑条纹模糊不清,两路和三路合成时条纹对比度分别为0.19和0.12;系统闭环时,远场光斑条纹清晰可见,对比度提高到0.93和0.81,合成效率分别为80%和77%。此外,对两路和三路的合成效果进行了比较,指出了各路的控制资源对合成效果的影响。     

传导冷却端面泵浦板条放大器波前畸变数值研究

 利用数值模拟的方法分析了均匀冷却与非均匀冷却对传导冷却端面泵浦板条放大器波前畸变的影响,结果发现：信号光的波前畸变强烈依赖于zig-zag周期数,一定的光路可以将波前畸变减小到λ/10量级;板条长度方向散热不均匀及两块热沉之间散热能力的差异对波前畸变的影响很小,而宽度方向散热不均匀对波前畸变的影响较大;当宽度方向散热不均匀时,波前畸变主要为倾斜像差,输出光束的传输方向将发生偏折。因此,在非均匀冷却条件下,为了减小宽度方向散热不均匀性的影响,应选择反射次数较少的之字型光路。     

强泵浦条件下光纤放大器相位噪声的测量

 利用多抖动法对强泵浦条件下光纤放大器引入的相位噪声进行了测量。利用功率谱、积分谱对具体泵浦条件下的相位噪声特性进行定性分析,结果表明,泵浦功率越大,高频成分占的比例越大。利用结构函数定量分析相位噪声的变化特性,得出相位噪声控制系统的带宽需求指标。实验测得在71,181和230 W泵浦条件下,所需相位控制系统带宽最小值分别为830 Hz,3.1 kHz和10 kHz。     

长波段半导体激光泵浦光纤激光器实现2 kW功率输出

半导体激光（LD）泵浦的高功率光纤激光器具有效率高、体积小、重量轻、稳定性好等优点,在工业加工等诸多领域都有着广泛的应用。为了提高泵浦光吸收率,传统光纤激光器常用915 nm和976 nm波段的LD作为激光的泵浦源。在该类LD泵浦的光纤激光器中,由于量子亏损和泵浦吸收系数相对较高,光纤激光器的热致模式不稳定（TMI）阈值相对较低。为了提高量子效率和潜在的TMI阈值,提出采用大于1 010 nm波段的LD直接泵浦光纤激光器,产生高量子效率激光。搭建了振荡放大一体化的全光纤激光器,采用总泵浦功率为2.56 kW的1 010 nm波段LD泵浦,首次获得输出功率2.05 kW、光束质量M2约1.7的激光。后续将通过进一步增大泵浦功率、优化光纤特性以实现更高功率、更优光束质量的光纤激光输出。     

Coherent beam combining of hybrid phase control in master oscillator-power amplifier configuration

A novel scalable architecture for coherent beam combining with hybrid phase control involving passive phasing and active phasing in master oscillator-power amplifier configuration is presented. Wide-linewidth mutually injected passive phasing fibre laser arrays serve as master oscillators for the power amplifiers, and the active phasing using stochastic parallel gradient descent algorithm is induced. Wide-linewidth seed laser can suppress the stimulated Brillouin scattering effectively and improve the output power of the fibre laser amplifier, while hybrid phase control provides a robust way for in-phase mode coherent beam combining simultaneously. Experiment is performed by active phasing fibre laser amplifiers with passive phasing fibre ring laser array seed lasers. Power encircled in the main-lobe increases1.57 times and long-exposure fringe contrast is obtained to be 78% when the system evolves from passive phasing to hybrid phasing.     

Numerical and experimental study on coherent beam combining of fibre amplifiers using simulated annealing algorithm

We present the numerical and experimental study on the coherent beam combining of fibre amplifiers by means of simulated annealing (SA) algorithm. The feasibility is validated by the Monte Carlo simulation of correcting static phase distortion using SA algorithm. The performance of SA algorithm under time-varying phase noise is numerically studied by dynamic simulation. It is revealed that the influence of phase noise on the performance of SA algorithm gets stronger with an increase in amplitude or frequency of phase noise; and the laser array that contains more lasers will be more affected from phase noise. The performance of SA algorithm for coherent beam combining is also compared with a widely used stochastic optimization algorithm, i.e., the stochastic parallel gradient descent (SPGD) algorithm. In a proof-of-concept experiment we demonstrate the coherent beam combining of two 1083~nm fibre amplifiers with a total output power of 12~W and 93% combining efficiency. The contrast of the far-field coherently combined beam profiles is calculated to be as high as 95%.     

频率漂移对耦合激光器阵列锁相状态的影响

耦合激光器阵列可以通过激光器之间的倏逝波耦合实现相位锁定,是有望实现光束相干合成的方案之一。为了探究该阵列锁相状态的稳定性,分析了频率漂移对两路激光器阵列相位锁定状态的影响。通过对耦合激光器阵列动力学方程的数值研究发现,频率漂移将破坏激光器阵列的锁相状态,并引入相位噪声,导致输出远场光强分布不稳定; 研究还发现：倏逝波耦合能够对频率漂移的影响起到一定的抑制作用,但这种抑制只在频率漂移较弱时才有效,因此,如果将该阵列用于光束合成,加入相应的抗干扰措施还是很必要的。数值分析的结果还表明：频率漂移的低频成分对于阵列相位锁定状态的影响更为剧烈,因此,抗干扰措施应主要针对低频干扰来进行。     

多芯光纤激光器增益场选模效应研究

对多芯光纤激光器的增益场选模效应进行了初步研究。利用矢量耦合模理论计算多芯光纤激光器支持的各类超模的模式特性,并对其增益系数进行计算,比较不同功率等级下各超模增益特性的异同。计算结果表明,在较低功率下。多芯光纤激光器各类超模增益系数大小基本一致,输出光束是由各超模组成的混合模式; 而当激光功率较高时,同相模的增益系数大小明显大于其它模式,在模式竞争中占据优势,激光器输出光束远场具备同相模的特征。最后对多芯光纤激光器增益场选模效应的适用范围进行了简单讨论。     

基于火花隙开关实现的固体热容激光器实验

 在对储能网络的快速恒流充电和氙灯的预燃状态下,通过控制火花隙触发开关上的电压和重复频率,实现“热容”模式下运行的氙灯泵浦钕玻璃激光器的激光输出。初步实验指标达到：重复频率4 Hz,40 J/脉冲,出光25 s,输出能量4 kJ,工作间隙10 min,每次工作出光可将1.5 cm厚的铝板打穿。该激光器的功率输出可定标放大到kW量级以上,适合进行一些固体热容激光器特点的相关实验。     

双端泵浦5 kW环形光束光纤激光振荡器

基于双端泵浦结构搭建了光纤激光振荡器，采用25/400μm（纤芯直径为25μm,包层直径为400μm）大模场双包层掺镱光纤作为增益介质，采用波长为915 nm的半导体激光器作为泵浦源。通过光纤选型、合理配比前后向泵浦功率及模式控制，实现了对光纤受激拉曼效应及动态模式不稳定效应的抑制。该光纤激光振荡器在泵浦功率为7.5 kW下的最大输出功率达到5.08 kW,光光转换效率为68%,受激拉曼抑制比为37 dB,其时域特性稳定，没有出现动态模式不稳定现象。最大输出功率下，出射激光在X方向和Y方向的光束质量（M²）测量结果分别为2.483和2.514,远场光斑形态为环形，环状区域与中心区域的光强之比为1.6。在最大输出功率下该光纤激光振荡器连续工作1 h无异常，各部位光纤器件的温度均处于可接受范围。