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1010 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1010 nm波段LD泵浦,首次获得输出功率2.05 kW、光束质量M^(2)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。

基于LabVIEW的光纤激光器稳频系统设计

本文利用工控机、NI数据采集卡、外围光路搭建激光稳频硬件系统,以调制转移光谱技术为基础,使用LabVIEW FPGA开发了一套单频光纤激光器数字稳频控制软件。基于调制转移光谱产生的伺服控制信号,通过采集误差信号,经PI处理后控制压电陶瓷伸缩,将780nm的激光频率锁定在铷原子的超精细跃迁谱线上。Allan方差结果显示,短期稳定度为1.52×10^(-11)@10s;长期稳定度优于1.56×10^(-11)@100000s,可连续运行20天以上。该数字稳频软件利用图形化编程语言,大大节约开发周期,操作界面直观简洁,方便用户分析处理。已成功应用于铷87喷泉钟系统中,且该稳频系统具有通用性,可应用于原子干涉仪、激光陀螺仪等精密测量领域。

低辐照剂量率下光纤激光器输出功率的自漂白-辐照平衡实验研究

高功率掺镱光纤激光器具有高功率、高效率、可柔性传输的优点,在核设施维护中有着广泛的应用前景。然而,核设施环境中存在的辐照效应会导致光纤激光器功率降低,对实际激光系统应用带来较大挑战。考虑光纤激光器的自漂白效应,探索不同辐照剂量率下光纤激光器暗化与自漂白的关系。结果表明,当辐照剂量率低至一定数值时(比如0.1 rad/s),1 kW光纤激光器在整个实验过程中出光稳定,功率起伏小于1.79%。把观察到的这种现象命名为自漂白-辐照平衡。首次验证了在一定辐照剂量率下,光纤激光器自漂白效应导致的激光功率提升可以平衡辐照效应导致的功率下降,为相关应用中光纤激光器设计提供了有效支撑。

混沌光纤激光器偏振分量的动力学特性

实验利用光纤的非线性克尔效应在掺铒光纤激光器中实现混沌激光的输出,详细研究了泵浦电流和偏振态等因素对系统输出的影响,分别对混沌光纤激光器偏振分量的输出功率,动态演变、互相关特性及光谱等动力学特性进行了详细分析。结果表明,混沌光纤激光器及其偏振分量的输出功率随泵浦电流的变化呈线性关系。随着泵浦电流的增加,混沌激光偏振分量历经周期、混沌和自脉冲的输出状态,与混沌激光器输出的动态演变步调一致。不同偏振态下,混沌激光偏振分量同样可实现从周期到混沌脉冲串的动态演变过程,偏振分量之间的相关性与系统的输出状态密切相关。实验对不同泵浦电流的光谱进行了分析,光谱的形状不随激光器输出的不同状态而改变,其中心波长基本保持不变。实验结果对研究新型偏振可控光纤激光器及多路光纤传感等应用提供了一种新思路,该工作对于探索混沌光纤激光器偏振分量的非线性动力学特性具有重要意义。

可应用于光纤激光器的高稳定度泵浦源系统研制

为了提升光纤激光器的输出性能,研制了一个高稳定度泵浦源系统,包括激光泵浦模块和外围控制系统。泵浦源系统测试结果表明,输出光功率与驱动电流之间具有良好的线性关系,输出光功率的短期稳定度为0.0613%,长期稳定度为0.1080%,而且输出光谱的中心波长在长时间持续运行中稳定不变。将该泵浦源系统应用于光纤激光器,经过连续测试,输出光谱的中心波长仅发生4 pm的偏移。

高功率掺镱光纤激光器的非线性效应和研究进展

高功率掺镱光纤激光器在精密加工、国防、科研等领域有重要的应用价值,然而随着功率的提升,光纤内部的非线性效应开始凸显。在此,详细分析了受激布里渊散射(SBS)、受激拉曼散射(SRS)、非线性折射率、横模不稳定(TMI)等非线性效应的产生过程,并提出抑制方法。另外,从光纤振荡器和主振荡功率放大器两个角度,简述了近几年学者们在抑制非线性效应基础上不断提升掺镱光纤激光器输出功率的研究进展。目前,全光纤结构的掺镱振荡器输出功率达到8kW;单纤主振荡功率放大器激光系统输出功率已突破20kW。

连续光纤激光器水松纸激光打孔工艺研究

水松纸激光打孔是香烟降焦的有效手段。本文对水松纸激光打孔设备的光学参数进行理论分析,分析表明,旋转多棱镜分光是水松纸打孔设备的最佳分光方式。利用连续光纤激光对水松纸打孔设备进行改造并工艺试验,对不同加工参数下的光纤激光水松纸打孔的效果进行研究,分析影响水松纸打孔质量的关键因素。对不同工艺参数下加工的水松纸纸带进行透气度测量,结果表明,连续光纤激光水松纸打孔透气度与稳定性满足卷烟对水松纸加工要求,验证了连续光纤激光作为水松纸打孔设备光源的可行性。

光纤激光器的研究发展与应用

文中简要阐述了光纤激光器的特点,介绍了几种新型光纤激光器的研究现状,概述了光纤激光器在军事、工业、通信、医疗等方面的应用,并对光纤激光器未来的发展前景进行了展望.

基于多纵模振荡种子源的高功率窄线宽光纤激光器关键技术分析及研究现状

基于多纵模振荡种子源的窄线宽光纤激光器具有光路简单、结构紧凑、可靠性高、成本低等特点,在实际工程应用以及在空间受限的载荷平台上有着显著优势,是高功率光谱合成的理想子束模块。受自脉冲效应的影响,多纵模振荡种子源的时域特性较差,导致放大过程中会产生较强的光谱展宽与受激拉曼散射效应。这限制了其输出功率的进一步提升并降低了其光谱纯度。本文首先介绍了4种常见的窄线宽种子源,并重点分析了多纵模振荡种子源中自脉冲效应产生的机理及抑制方法,对优化多纵模振荡种子源和放大器的关键技术进行了详细介绍,归纳总结了近几年的技术突破与研究成果,对未来的发展方向进行了展望分析。本文研究对基于多纵模振荡种子源的窄线宽激光器的功率提升和光谱优化提供一定思路。

多波长与横模可切换掺镱光纤激光器的研究

设计并制备了一种具有环形掺镱纤芯的光纤波导结构,并提出了一种基于该环芯掺镱光纤和少模光纤布拉格光栅的多波长与横模可切换光纤激光器。在这种光纤激光器中,只需简单调整腔内的偏振控制器,就可以实现单波长和双波长的激光稳定振荡。当激光器在单波长下工作时,可以切换两种横模输出,包括LP01模和LP11模,两种模式都获得了小于0.08 nm的3 dB窄线宽和大于45 dB的高边模抑制比,中心波长和光强的波动分别为±0.01 nm和±1 dB。试验表明:该环芯掺镱光纤有助于LP11模获得的增益高于LP01模,LP01模式激光的斜率效率为34.34%,而LP11模式激光的斜率效率高达49.09%。该光纤激光器可以在模分复用系统和激光加工等领域发挥重要的作用。

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100 mW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25 GHz,经三级放大,最终实现了线宽25 GHz、功率2.2 kW、中心波长1064 nm、消光比98%的线偏振窄线宽激光输出,光束质量M_(x)^(2)=1.2、M_(y)^(2)=1.21。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(1.8 dB/m@976 nm),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。

SESAM锁模全保偏皮秒脉冲光纤激光器输出特性

搭建了基于半导体可饱和吸收镜(SESAM)锁模的全保偏皮秒脉冲光纤激光器,对比分析了以多量子阱和体材料作为可饱和吸收层的SESAM对锁模激光器输出特性的影响。实验结果表明,多量子阱和体材料SESAM均可实现稳定的自启动锁模。随着量子阱周期数的增加,SESAM调制深度增大,激光器输出脉冲宽度变窄,具有更高的输出功率和更大的锁模区间。但量子阱周期数过高的SESAM具有较大非饱和损耗,使得相同泵浦功率下输出功率降低。在相同调制深度下,体材料SESAM的非饱和损耗偏大,降低了输出功率和光光转化效率,但对脉冲的窄化作用更显著。SESAM对输出脉冲的波长和光谱宽度无显著影响,主要受光纤布拉格光栅(FBG)控制。本文对SESAM的设计与选型具有一定指导意义。

光纤激光器技术及其研究进展

简要介绍了光纤激光器的基本原理、分类及特点,并对几种具有良好应用前景的热门光纤激光器的结构、原理和工作特性进行了较详细介绍,最后对未来光纤激光器技术的发展和应用前景作了展望。

γ辐照对窄线宽光纤激光器的影响及光漂白效果

采用γ射线对窄线宽光纤激光器的种子源进行辐照试验,辐照总剂量约50 krad(Si),并对比分析了辐照前后输出激光特性,种子源的功率衰减超过70%、增益光纤损耗增加、温度升高明显。对不同辐照剂量下的种子源进行功率放大,结果表明:放大后的激光输出功率、中心波长、3 dB线宽等未发生明显变化,但拉曼抑制比随辐照剂量的增加略微降低。采用793 nm和524 nm激光对辐照后的种子源进行漂白,验证了不同波长漂白光的恢复能力。在同等漂白功率条件下,由于524 nm激光的光子能量更高且对应于掺镱光纤辐致缺陷的主吸收峰,具有更快的漂白速度和更强的漂白能力。漂白试验结果表明,种子源输出功率与793 nm漂白时长呈线性关系、漂白速率约为0.30 W/h,种子源输出功率与524 nm漂白时长大体上呈拉伸指数函数关系、漂白速率约为1.65 W/h。

基于腔内滤波效应的双波长光纤激光器

对基于腔内Lyot滤波效应的波长复用锁模光纤激光器进行了实验和仿真研究。在单个光纤激光器中引入全光纤Lyot滤波器,对腔增益谱进行滤波,破坏了脉冲单一波段的传输模式,结合单壁碳纳米管可饱和吸收体,使脉冲分别在2个不同的中心波长下进行复用传输和锁模。精细调节腔内偏振控制器,当泵浦功率为70.4 mW时,激光器输出了中心波长为1 534.2 nm和1 546.0 nm的双波长脉冲,中心波长间隔为11.8 nm,重复频率均为36.64 MHz,其对应信噪比均约为56.7 dB。此外,还建立了基于非线性薛定谔方程的数值仿真模型,用于数值研究基于Lyot滤波效应的双波长锁模光纤激光器。通过对脉冲光谱演化分析,验证了腔内增益光谱滤波在双波长脉冲的形成和传播中起着重要作用。波长复用光纤激光器中的Lyot滤波效应研究可以进一步拓展实现可调谐双波长生成,可应用于多场景双光梳光谱测量和相干成像。

小型化全光纤激光器壳体结构设计与分析

为了进一步优化小型化激光器的性能,在一般性原则的基础上设计了一款输出功率大于10 W、1030 nm高稳定性的小型化全光纤激光器壳体结构。壳体体积为220 mm×270 mm×75 mm,质量小于7 kg;壳体结构采用柔性支撑的减振设计,并可使激光器在温度-55℃~45℃的小型化平台下保持正常运行。利用有限元分析软件对激光器壳体进行了热分析与随机振动分析,按照设计图纸对小型化全光纤激光器样机进行了加工,并进行了实验验证。结果表明,激光器壳体在45℃下,激光器最热面温度为49.5℃,温升约为4.5℃,散热性能良好;在随机振动功率谱密度总均方根10.77 g的实验条件下,激光器最大3σ应力为171 MPa,随机振动响应均方根值仅为24.5 g,壳体结构力学性能良好;激光器壳体结构的散热性能以及力学性能完全满足设计要求,实验结果与仿真结果吻合度较高。该研究为小型化光纤激光器项目的具体实施提供了一定参考。

阵列光纤激光器可靠性冗余策略研究

为了提高阵列光纤激光器的可靠度,本文利用k/n(G)表决模型灵活性和高容错的特点,使用冷储备单元,对光纤阵列进行冗余设计,从而实现在激光器输出功率可控的前提下使用寿命得到提升。k/n∶M(G)冷备表决系统包含n个工作单元,M个冷储备单元,当至少有k个单元正常工作时系统正常工作。本文结合5光模块可控阵列光纤激光器,建立3/5∶2(G)冷备表决系统的等效模型,对不同冗余策略下的光纤激光器的可靠度和平均寿命进行求解,然后根据最佳策略对表决系统进行优化,最后利用蒙特卡罗仿真试验证明方法的正确性与可行性。

2μm大能量掺铥脉冲光纤激光器研究进展

2μm波段掺铥脉冲光纤激光器目前可实现最高毫焦量级的能量输出,对医疗、材料、通信等领域有重要意义。本文主要介绍近年来大能量掺铥光纤激光器系统研究的主要进展,讨论大能量掺铥光纤激光器的技术类型和影响因素。在此基础上,对大能量掺铥光纤激光器的研究前景进行展望。

3μm波段Er^(3+)∶ZBLAN光纤激光器研究进展及展望

3µm激光处于分子指纹区,在医疗外科、气体检测、军事应用等领域都有重要的应用价值。Er^(3+)∶ZBLAN光纤激光器具有效率高、可集成的优点,是3µm激光的主要输出方式。本文从铒离子跃迁产生3µm激光出发,围绕Er^(3+)∶ZBLAN光纤激光器,介绍了3µm激光产生的结构原理及能级系统,总结了实现该波段高功率连续输出和脉冲输出的技术方案和研究进展,重点介绍了基于不同材料可饱和吸收体的调Q和锁模激光器实验研究,并对目前实现3µm波段高功率输出需要解决的问题进行了分析,最后对Er^(3+)∶ZBLAN激光器的发展方向进行了展望。

国外光纤激光器研究进展

介绍了典型光纤激光器的工作原理及光纤激光器具有的模式好,体积小,免冷却等一系列其他激光器无法比拟的优势,受到了来自通信、军事技术、工业加工、医疗和光信息等应用领域的高度关注,论述了国外在连续光纤激光器、脉冲光纤激光器等方面研究现状,最后总结了光纤激光器产业化的趋势。