基于锥形掺镱光纤实现20 kW高光束质量激光输出

锥形光纤能够有效兼顾非线性效应抑制和模式控制,具备实现高功率、高光束质量光纤激光的潜力。近期国防科技大学研制了锥形掺镱光纤,采用1 018 nm光纤激光后向级联泵浦实现了20.2 kW激光输出,光束质量β因子平均值优于2,拉曼抑制比为33 dB。研究结果展示了锥形光纤在实现万瓦级高光束质量激光方面的优势。

单脉冲激光对CCD探测器的硬损伤及损伤概率

在纳秒激光脉冲辐照下,随着CCD探测器损伤程度的加深,成像系统输出画面中先后出现点损伤、白线损伤以及完全失效等现象,且损伤阈值呈现出概率分布特性。实验激光波长为1064nm,首先采用n-on-1辐照模式,研究CCD探测器在不同损伤程度下的损伤现象,从器件工作原理的角度分析各种现象出现的机理。利用光学显微镜观察样品的损伤形貌,发现探测器的损伤部位从内部材料开始,逐渐发展到位于表面的微透镜结构。接下来,采用1-on-1辐照模式测量了点损伤和完全失效阶段的激光能量密度阈值,并以损伤概率的形式进行描述,得到实验样品的完全失效阈值在100 mJ/cm2左右。

多波长飞秒激光损伤可见光滤光片的实验及机理

针对飞秒激光作用光学该实验条件下薄膜过程中损伤阈值与激光波长的关系问题,利用近红外波段波长可调谐的高重频飞秒脉冲激光,对可见光滤光片光谱通带的过渡区域进行了背向损伤实验,测量了不同波长下的平均功率密度损伤阈值,并从飞秒激光作用的雪崩电离过程出发,推导并计算了该阈值与薄膜干涉场分布的关系,理论结果较好的预测了不同波长下平均功率密度损伤阈值的发展趋势.研究表明,该实验条件下薄膜的飞秒激光损伤是整体行为,同一样品中,干涉场分布的平均值越高即膜层中瞬时驻留的激光能量越大时,相应损伤阈值越低.

2.14kW级联泵浦光纤放大器

利用大模场掺镱光纤搭建了1018nm高功率光纤激光器,获得了476 W的最高输出功率。利用6台高亮度1018nm光纤激光器泵浦掺镱光纤,搭建了全光纤结构的级联泵浦光纤放大器,实现了2.14kW的最高输出功率,输出功率随泵浦功率线性增长,整体斜率效率为86.9%,M2因子为1.9。

湖域矿床规模化开采的水害防治分析

在分析湖泊形成过程的基础上,将湖域矿床的水文地质特征归为4类:管道涌水类、岩溶滞水类、渗流含水类和无水类。在对湖域矿床规模化开采中可能遇到的地表水倒灌、地下突水、地面塌陷、大面积滑坡与泥石流等水害进行分析的基础上,探讨了湖域矿床开采中的水害防治要点。

一种基于声压和加速度的矢量水听器定向方法

根据远场条件下水中声波的加速度和振速方向相同、相位相差π/2的特点,给出了一种加速度型矢量水听器的目标定向方法。基本原理是先计算声压与水平加速度和垂直加速度的互谱,再将互谱的虚部相除,最后求反正切得到目标的方位。相比于常规的复声强器,该方法省略了从加速度转变成振速的积分过程,降低了对滤波器的要求、减少了计算量,具有简单、易于工程实现等优点。光纤矢量水听器的湖上试验数据表明,基于声压和加速度的定向方法与复声强器具有相似的定向性能。

基于计算技术的超快光纤激光研究进展与展望(特邀)

计算技术的引入给超快光纤激光带来了全新的研究方法和实际效果。文中简要总结计算技术应用于脉冲光纤激光的研究历程,梳理发展脉络,全面展示了计算技术促进超快光纤激光研究发展的使能特性。计算技术与超快光纤研究的进一步深度融合,有可能开辟新的研究与应用领域。

用于10 kW级高光束质量激光输出的国产部分掺杂光纤

当前光纤激光功率提升受限于模式不稳定效应及非线性效应,为了克服上述功率提升限制因素,自主设计并研制了大模场部分掺杂光纤。最终,采用自研部分掺杂光纤及后向级联泵浦方案,成功实现了10.1 kW的光纤激光输出,对应的光束质量因子(M2)为2.16。

学科交叉视角下的光纤激光:回顾与展望(特邀)

光纤激光是20世纪以来国内的研究热点。国防科技大学在光纤激光方向的研究始于“十一五”期间,至今已有约15年的历程,取得了一系列同行认可的研究成果。学校光纤激光的研究主体依托于光学工程学科。光学工程学是学校的优势学科之一,近几轮学科评估中得到了很好的成绩,为光纤激光方面的研究提供了高水平的科研平台和人才队伍等;另一方面,光纤激光的发展也受益于学校学科门类比较齐全的优势和在学科交叉方面的有益探索与实践。文中从学科交叉视角,梳理学校光纤激光学科方向与电子、材料、控制、智能、纳米等学科方向交叉取得的若干重要突破,从科研范式演进、学科主体驱动、应用需求牵引和科教融合发展等四个方面分析交叉科学研究和交叉学科建设面临的机遇。

LD直接泵浦全光纤激光器输出功率突破20 kW

高功率光纤激光器具有高效率、小体积、低成本、抗回光能力强等突出优点,在工业加工等应用领域中具有明显的竞争优势。近期,国防科技大学基于光纤耦合半导体激光器(LD)直接泵浦的主振荡功率放大器(MOPA)实现了单纤20.27 kW的功率输出。放大器采用纯后向泵浦方案,中心波长1080 nm,光光效率达到84.8%,拉曼散射抑制比大于50 dB。通过优化光纤和器件的设计,可进一步提升激光器的功率和光束质量。

国产纺锤形增益光纤主振荡功率放大器实现5kW输出

设计了纤芯直径小—大—小变化的"纺锤形"增益光纤,利用该光纤可均衡模式不稳定和受激拉曼散射抑制的矛盾,提升光纤激光器的输出功率。基于自研的纺锤形增益光纤搭建了主振荡功率放大器(MOPA),实现了5 kW的功率输出,放大器光光效率为66.6%,拉曼散射抑制比大于45 dB,M^(2)因子约2.0。通过优化光纤的设计,可以提升激光器的光束质量和效率。

国产保偏光纤实现5 kW级窄线宽激光输出

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。

国产纺锤形渐变掺镱光纤实现6 kW宽谱激光输出

高功率高光束质量光纤激光器在工业加工等领域有着广泛的应用,然而光纤中的非线性效应和模式不稳定效应限制着高光束质量光纤激光器的功率提升,采用新型结构大模场增益光纤在同时抑制非线性效应和模式不稳定效应方面具有较大潜力。报道了基于单位自研的纺锤形渐变掺镱光纤激光成功实现6 kW功率、高光束质量激光输出。激光器采用主振荡功率放大结构,放大级采用双向981 nm泵浦纺锤形渐变掺镱光纤,在总泵浦功率为7.68 kW时,输出功率达到6.02 kW,光束质量M^(2)因子约为1.9。通过进一步优化纺锤形掺镱光纤制作工艺及结构参数,有望实现更高功率、近单模光束质量的光纤激光输出。

国产长锥形光纤实现400W单频单模激光输出

高功率单频光纤激光在引力波探测、非线性频率变换等领域有重要的应用需求,其输出功率的提升面临横向模式不稳定和非线性效应等因素带来的技术挑战,而长锥形增益光纤具有综合抑制横向模式不稳定效应和非线性效应的潜力.为进一步提升全光纤结构单频光纤激光器的输出功率,国防科技大学自主研制了一段长度为2.2 m的长锥形掺镱双包层光纤,其输入端纤芯和内包层直径分别为30.3μm和245μm,输出端纤芯和内包层直径为49.3μm和404μm.基于该光纤,采用前向泵浦的方式搭建了一个全光纤结构的单频主振荡功率放大系统.其中种子激光的中心波长为1064 nm,输出功率为30 mW.该系统实现了中心波长为1064 nm、功率超过400 W的单频激光输出,斜率效率为81.7%,功率400 W时光束质量因子(M^(2))为1.29.系统输出功率的进一步提升受限于横向模式不稳定效应.据可查询文献,这是目前基于国产增益光纤实现的单频单模光纤激光器最高输出功率.该结果表明,长锥形光纤在实现单频光纤激光器高功率、高光束质量输出方面极具潜力,通过光纤参数和实验结构的进一步优化有望实现更高功率水平的单频单模激光输出.

激光二极管直接后向泵浦的高光束质量万瓦光纤激光器

高功率高光束质量光纤激光器在工业生产中得到了广泛应用,但其受到光纤中非线性效应等现象的制约,进一步功率提升严重受阻.本文基于大模场低数值孔径增益光纤搭建了激光二极管直接泵浦的全光纤激光放大器.通过改变增益光纤的弯曲直径,有效地提升了动态模式不稳定阈值,实现了最高功率10.53 kW,光光转换效率74.04%,光束质量因子M^(2)~2.88的激光输出.研究表明,在少模光纤激光放大器中,提升输出功率与改善光束质量的方法相互制约.不考虑光束质量时激光器可以较为简单的获得万瓦乃至更高功率输出;但是在提升功率的同时保持光束质量不退化是一件充满挑战且难度极大的工作.

LD泵浦拉曼光纤放大器首次实现高亮度激光输出

拉曼光纤激光器(Raman fiber lasers,RFLs)利用无源光纤中受激拉曼散射(stimulated Raman scattering,SRS)效应产生激光增益。与掺镱光纤激光器(Ybdoped fiber lasers,YDFLs)相比,不仅具有波长选择灵活、量子亏损低、无光子暗化等优势,而且能够提升输出激光亮度,在获得特殊波长高亮度激光方面潜力巨大。此外,半导体激光器(Laser Diode,LD)作为泵浦源,有着电光效率高、系统集成度高等显著优势,将其与RFLs结合将带来“性能倍增”的效果。目前,LD直接泵浦RFLs的最高输出功率为50 W,激光器结构为基于光纤光栅提供反馈的振荡器结构。

浅谈中学生厌学心理的消除

在农村中小学中，面对复杂多变的社会环境，厌学一直是学生中普遍存在的现象，作为教育工作者，只有转变其教育观念，对学生给予高度重视，消除学生的厌学心理，才能真正达到素质教育的目的。

光纤激光基模光束的β因子

光纤激光器凭借其优良特性已在众多领域中得到广泛应用,光束质量是衡量其性能的重要指标之一.M^(2)因子是应用较为广泛的一种评价因子,但已被证明并不适用于非高斯分布的光斑,此时常用b因子来评价.本文以光纤激光基模光束为研究对象,理想光束选取包含LP_(01)模99%能量的圆形实心均匀光束,理论研究了b因子与阶跃折射率光纤中LP_(01)模的各项参数之间的关系.研究发现:采用经典的b因子定义方法,当归一化频率V大于1.8时,LP_(01)模的b值小于1,远场聚焦能力优于理想光束.此外,b因子随归一化频率V、纤芯半径a或数值孔径NA的增大而减小,并且与M^(2)因子呈非线性关系.

高光束质量6 kW级窄线宽光纤激光

高功率窄线宽光纤激光在光束合成、激光雷达、非线性频率变换等领域具有重要应用,是高功率光纤激光领域的研究热点。国内外多家单位对高功率窄线宽光纤激光展开了一系列的研究,并实现了数千瓦的功率输出。2015年,海富光子和天津大学采用窄线宽振荡器作为种子激光,通过半导体激光二极管(LD)前向泵浦实现了2.05 kW的窄线宽光纤激光输出。2016年,麻省理工学院采用伪随机编码相位调制的单频激光器作为种子源,基于空间结构的双向LD泵浦实现了3.1 kW的窄线宽激光输出。2017年,耶拿大学采用相位调制的半导体激光器作为种子源,基于空间结构的后向LD泵浦实现了3.5 kW的窄线宽光纤激光输出。2019年,清华大学采用窄线宽振荡器作为种子激光,通过LD后向泵浦实现了2.05 kW的窄线宽光纤激光输出。

基于部分掺杂光纤的5kW高光束质量光纤激光放大器

近年来,光纤激光器和放大器由于其结构紧凑、输出功率高、光束质量好等优势,获得了广泛关注和迅速发展。随着光纤激光输出功率的不断提升,光纤中的非线性效应,如受激拉曼散射、受激布里渊散射等,成为了限制功率进一步提升的主要因素。为了提高非线性效应阈值,提高输出功率,最直接的方式便是使用大芯径光纤。然而随着光纤模场面积增大,光纤内支持的模式数量增加,导致输出激光的光束质量变差。