掺镱光纤激光器实现1178 nm单频线偏振激光输出

1178 nm单频光纤激光倍频后可以获得黄光,在钠激光导引星等领域有重要应用需求。然而,由于掺镱光纤在1178 nm处发射截面小,且存在严重的短波寄生振荡效应,基于掺镱光纤实现1178 nm单频激光输出面临较大的挑战。利用基于一段刻写在5 cm长度掺镱光纤上的光栅搭建基于分布反馈(DFB)结构的光纤激光器,实现了线宽为27.61 kHz(0.1 ms积分时间)、最高功率为13 mW、偏振消光比达到19.7 dB的1178.01 nm单频激光输出,是目前基于掺镱光纤实现的最长波长单频激光输出。

全光纤结构拉曼振荡器实现近1.8 kW激光输出

拉曼光纤激光器在实现高功率特殊波长激光方面具有独特优势,受到了广泛关注和研究。近年来,随着渐变折射率多模光纤在拉曼激光器中的运用,不仅提高了可注入的泵浦功率,还通过光束净化特性实现了激光亮度增强。

大频移范围光纤拉曼增益谱的测量

光纤拉曼增益谱的测量对光纤激光器的设计与优化至关重要。当前光纤拉曼增益谱的测量主要是基于小信号增益法,但该方法测试时间较长,且可测量的频移范围受限于信号源的波长调谐范围,难以获得光纤在大频移范围内的拉曼增益谱。为此,提出了一种利用光纤的自发拉曼散射谱来反演光纤在大频移范围内拉曼增益谱的方法。利用该方法测量了两款光纤——掺磷光纤与掺锗光纤在1~42 THz频移范围内的拉曼增益谱。在1.6~22 THz频移范围内,基于该方法测得的拉曼增益系数与基于小信号增益法测得的结果基本一致。该工作为测量光纤在大频移范围内的拉曼增益谱提供了一种解决方案。

基于光纤拉伸器锁相实现两路超快激光相干偏振合成

超快光纤激光相干合成技术是突破飞秒激光单根光纤功率提升受限的有效技术手段。基于光纤拉伸器锁相,并结合随机并行梯度下降(SPGD)算法,成功实现了两路超快激光相干偏振合成。该锁相方案不仅避免了采用常规电光相位调制器对脉冲信号造成的光谱调制,而且可有效降低系统的插入损耗,提高相位调制范围、耐受功率以及前级光源系统的紧凑性与鲁棒性。合成的最高功率为10.9 W,最高功率下合成效率为90.1%,闭环状态下锁相残差为λ/31。实验结果表明,采用光纤拉伸器和SPGD算法组成的相位控制系统,在超快激光相干合成领域具有较强的发展潜力。合成的脉冲在最高功率下可压缩至494 fs,压缩效率为73.3%,对应的单脉冲能量为3.99μJ。

1μm波段低量子亏损光纤激光研究进展(特邀)

量子亏损对高功率光纤激光器内的废热产生和光光转换效率具有重要影响,光纤激光器输出功率的提升过程可以视为不断与量子亏损作斗争的过程。文中梳理了近年来1μm波段低量子亏损光纤激光的重要进展,重点介绍了稀土掺杂增益和拉曼增益两种体制的光纤激光器在实现低量子亏损输出方面的相关工作。在稀土掺杂光纤激光器中,采用级联泵浦、多组分掺杂、强泵浦等技术可降低激光器的量子亏损,其中量子亏损≤1%的掺镱光纤激光器已实现400 mW功率输出。在拉曼光纤激光器中,通过采用特殊掺杂、泵浦光谱调控、增益竞争抑制等技术,量子亏损≤1%的拉曼光纤激光器已实现百瓦级功率输出,并成功验证包层泵浦方案的可行性,表明其在实现高功率低量子亏损输出方面具有重要潜力。

光纤激光相控阵光束扫描技术发展

光纤激光相控阵扫描技术是一种通过相位调制实现光束偏转的非机械式扫描技术,在激光加工、目标跟踪、自由空间光通信以及激光雷达等领域具有广泛的应用价值。文中概述了光纤激光相控阵光束扫描技术的基本原理和发展历程,重点阐述了光学相控阵动态扫描技术中的相位控制技术、空间扫描特征及性能提升方法,最后对光纤激光相控阵的发展趋势和应用前景进行了展望。

拉曼光纤激光:50年的历程、现状与趋势(特邀)

自1972年Roger H.Stolen等人首次基于受激拉曼散射效应在玻璃光纤中实现激光输出以来,拉曼光纤激光技术已经走过了50年的发展历程。文中首先分阶段呈现拉曼光纤激光的发展历程,介绍具有里程碑意义的经典文献和重要技术突破,勾勒出拉曼光纤激光发展的概貌。其次根据拉曼光纤激光的研究现状,整理具有代表性的最新成果;介绍随机分布式反馈拉曼光纤激光、中红外拉曼光纤激光和超快激光等最新研究热点。最后梳理拉曼激光合束、半导体激光直接泵浦和非线性效应耦合新机制等方面的发展趋势。

高功率窄线宽光纤激光技术

以波长拓展为主线介绍了单频光纤振荡器的研究进展,以功率提升为主线介绍了单频连续光纤放大器的发展现状,以产生窄线宽种子源的方法为依据总结了1μm波段高功率窄线宽连续光纤激光器的国内外研究成果。分析当前高功率单频光纤激光器和高功率窄线宽光纤激光器的发展趋势和面临的主要挑战,梳理并讨论高功率窄线宽光纤激光的关键技术,并基于当前高功率窄线宽光纤激光器的发展现状介绍其在各领域的应用价值。

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。

倾斜可控阵列光场的二维扫描技术研究

以19路、127路和919路激光相干阵列为模型,通过倾斜波前调控技术对阵列光场的子阵元施加倾斜相位控制,对倾斜可控阵列光场的大角度二维扫描特性进行了理论和实验研究。结果表明,所提出的方法可实现大视场范围内任意位置的单点扫描,同时得到能量分布均匀的二维连续扫描路径,实现特殊光场图案定制。此外,该方法具有扫描范围不受限制、扫描模式准连续以及衍射效率高等特点,在提升输出功率和扫描精度等方面具有优势。

主动相位控制光纤激光相干合成技术研究

主动相位控制光纤激光相干合成是突破单束光纤激光功率极限,实现更高功率输出,同时保持高光束质量的有效技术途径。本文结合国内外研究进展,介绍近20年来课题组在相关领域取得的代表性成果,并对未来发展方向进行分析研判。

6kW超荧光光纤光源

由于自激振荡的限制,单级超荧光光纤光源的功率提升十分困难,目前仅达到百瓦量级。基于主振荡功率放大(MOPA)方案,使用1018 nm光纤激光级联泵浦1080 nm波段的超荧光,实现了6.2 kW高功率输出。最高功率下的光光转换效率为81.5%,没有出现横模不稳定(TMI),功率提升受限于受激拉曼散射(SRS)。

基于光谱滤波的宽谱激光相干合成光程与相位同步控制研究

高精度光程控制是宽谱激光相干合成中的关键技术之一,是在一定光谱宽度条件下保持多路激光相干性的重要手段。为了保持各路激光之间的时间相干性,对于光谱宽度为10 nm量级的激光,光程差一般要控制在十几个波长以内。因此,为了实现宽谱激光的相干合成,除了对多束激光进行相位控制,还需要同步地对各路激光之间的光程差进行有效控制。本文研究了基于光谱滤波的相位与光程同步控制技术,利用放大自发辐射光源和中心波长为1064 nm的光纤带通滤波器产生光谱宽度为10 nm的光纤激光,通过光谱滤波的方式实现相位和光程的同步探测与控制,光程控制范围优于0.1 ps,相位控制残差<λ/16。该方法在高平均功率光纤激光相干合成中具有重要的应用价值。

机器学习预测多折射率层有源光纤的模场特性

高功率光纤激光是当前我国激光科学技术领域的前沿热点,而稀土掺杂的有源光纤是高功率光纤激光器的核心器件。与常规有源光纤不同,多折射率层有源光纤的纤芯和包层之间增加了一个或多个辅助折射率层,展现出了特殊的模场特性,有望进一步提升高功率光纤激光的输出功率。利用传统方法分析不同结构参数下多折射率层有源光纤的模场特性时,通常需要耗费较长的时间求解麦克斯韦方程组。笔者首次引入机器学习算法来预测多折射率层有源光纤的模场特性。该方法仅需要数据空间中0.1%的样本,就可以学习多折射率层有源光纤结构参数与其模场特性之间的复杂映射关系,进而实现无须求解麦克斯韦方程组的快速精准预测。该方法的平均预测误差小于0.6%,预测速度相比传统方法提升了约7000倍,为多折射率层有源光纤的模场特性分析提供了新思路。

拉曼光纤激光功率提升及波长拓展研究进展(特邀)

受激拉曼散射是高功率光纤激光研究者“又爱又恨”的“老朋友”,一方面它限制了稀土掺杂光纤激光的功率提升,另一方面它是能够产生新波长高功率激光的“潜力股”。伴随着光纤和半导体技术的飞速发展,基于受激拉曼散射的拉曼光纤激光也迎来了历史机遇期,不仅单一波长输出功率突破10 kW,各个新型波段的功率也均得到显著提升,充分展现出受激拉曼散射技术在波长拓展方面的巨大潜力。从功率提升和波长拓展两个方面,主要对近红外拉曼光纤连续激光的研究进展进行了总结,梳理出其独特的增益、模式以及非线性综合调控技术路径,以期为高功率光纤激光的进一步发展提供参考和借鉴。

超快超强激光与光纤激光相干合成技术的融合发展(特邀)

以超短脉冲、超高峰值功率为特征的高强度激光为人类提供了前所未有的实验手段和极端物理条件,在先进制造、高次谐波产生、粒子加速、超高速现象研究等重大科技前沿领域中有广泛的应用需求。然而,受热光效应等因素的影响,目前超快超强激光源的平均功率和重复频率难以提升,与相关应用需求尚存量级上的差距。为获得更高平均功率的超快超强激光,研究人员普遍认为多路光纤激光相干合成是同时实现高峰值功率和高平均功率超短脉冲激光的首选方案。从超快超强激光与光纤激光相干合成技术融合发展的角度,梳理了国内外在近年来的研究进展与发展现状,并对我国基于相干合成技术的高功率超快超强激光领域的发展趋势进行了展望。

高平均功率光纤激光的研究进展与发展趋势

简要回顾了高功率光纤激光的发展历程,以高功率光纤激光的"代表作"——万瓦级单模光纤激光为例,深入剖析了结构和参数特征。随后从该激光器的特征出发,从泵浦方式、系统结构、激光波长、激光线宽和脉冲机制等多个角度,梳理总结了高功率光纤激光领域取得的技术突破和重要进展。最后结合高功率光纤激光领域发展呈现的若干主要特征,对高平均功率光纤激光的发展趋势进行了初步研判。

高功率双包层光纤激光器:30周年的发展历程

1988年双包层光纤的发明,改变了光纤激光器只是弱光光源的历史.本文简要回顾双包层光纤发明30年以来高功率光纤激光器的发展史,按照时间顺序选取7个重要里程碑节点,通过对掺镱光纤、大模场光纤、级联泵浦、光束合成等关键技术的剖析,展示光纤激光器输出功率从瓦级到100 kW级的提升过程,介绍光纤激光可实现"任意波长、任意脉宽、任意功率"这一最新成果,展望高功率光纤激光的未来发展和应用前景.

后向级联泵浦的10 kW高光束质量光纤激光器

实现万瓦级高光束质量光纤激光面临模式控制和非线性效应抑制等技术难题。为兼顾光束质量和功率,设计了基于纤芯直径为30μm、包层直径为250μm的双包层掺镱光纤的后向级联泵浦激光器,实现了输出功率为10.03 kW、M^(2)因子为1.92、拉曼抑制比大于38 dB的激光输出,实现万瓦级光纤激光器的光束质量M2优于2,这验证了常规双包层光纤具有支撑万瓦高光束质量激光产生和放大能力。

后向同带泵浦光纤激光实现大于8千瓦高光束质量输出

由于受激拉曼散射(SRS)和横模模式不稳定(TMI)效应的共同制约,实现高功率输出的同时保持高光束质量存在一定的困难。基于后向同带泵浦方案,在自研30μm/250μm常规双包层掺镱光纤中实现了高功率(8.38 kW)、高光束质量(光束质量因子M^(2)为1.8)的激光输出。SRS和TMI得到了有效抑制,但功率的进一步提升受限于泵浦功率。