大于500W非水冷光纤包层光剥离器

为实现高功率光纤包层光剥离器被动冷却,需要同时对光纤和封装壳体进行有效热管理。采用一种基于铁氟龙毛细管分段化学腐蚀光纤的制备技术,使用紫铜作为壳体材料,并通过有限元分析算法对壳体温度场进行仿真计算,对壳体各个结构参量进行优化分析,设计了满足500 W散热能力的包层光剥离器,并开展了实验验证。研究结果表明,采用铁氟龙管分段腐蚀法,包层光剥离比达到23.7 dB,光纤裸纤上的功率温升速率仅0.007℃/W。采用优化设计的壳体,在540 W功率注入下,包层光剥离器使用水冷冷板冷却可以连续出光,壳体最高温度58.7℃,使用相变冷板冷却可以单次安全出光50 s,壳体最高温度80℃。此研究结果可以为高功率光纤激光设计与研发提供重要参考。

不同角度包层光剥离的理论与实验研究

光纤激光器中存在传输角度不同的包层光,为研究腐蚀型包层光剥离器(CLS)对各角度包层光的剥离效果,实验测量了光纤腐蚀段的散射系数,仿真分析了不同传输角度下包层光的剥离度与腐蚀长度的关系。为提供角度分布不同的包层光,搭建两套剥离器测试系统,分别对双包层光纤和无芯光纤制作的包层光剥离器进行实验。在双包层光纤实验中,两系统包层光的最大传输角由10°和8°变为3°12’和3°1’,接近芯中光的最大传输角度为2°27’;在无芯光纤实验中,两系统包层光的最大传输角由11°和8°变为2°9’和2°12’,且随剥离度的增加,最大传输角度趋近于0°,即腐蚀型包层光剥离器能够基本剥离包层光。最后在波长为1 018 nm的同带泵浦激光器上对双包层光纤制作的腐蚀型包层光剥离器进行测试,在输入功率为1 136 W情况下,其剥离度为18. 3 d B。

高功率包层光剥离器最新研究进展

包层光剥离器(CLS)是保证高功率全光纤激光器稳定性与光束质量的核心器件,有效剥除包层光是光纤激光器全光纤化、工程化的重要步骤。详细阐述了CLS制备技术的研究现状,并将其分为基于折射效应、吸收效应、散射效应3种CLS制备技术,分析了各种CLS制备技术的特点。该研究为未来可实现低温升系数、高衰减系数的高功率CLS制备技术提供了参考。

全光纤激光器光束质量的优化

基于激光器的结构,实验研究了影响光束质量的因素。搭建了百瓦级全光纤激光器,在最大泵浦功率为436W的条件下,在1 080nm处获得的激光输出为300W,光-光转换效率为69%,光束质量M2为1.13。实验研究了谐振腔出射的激光光束在传能光纤中传输时径向功率分布的变化,结果显示:随着光束在光纤中传输距离的增加,光纤中的包层光功率呈现出先增加后保持不变的趋势,因而在传输距离上选择不同的长度对包层光进行剥除,可以获得不同的光束质量。实验还显示,在相同的泵浦条件下,与包层光剥离器设置在腔外相比,其设置在谐振腔内可获得更高的激光输出功率,但是光束质量较差。最后,采用在腔内腔外各加一个包层光剥离器的方法获得了更好的光束质量,此时M2为1.07。

光纤弯曲对掺镱光纤激光器光束质量的影响

通过改变F-P腔全光纤激光器中的光纤盘绕半径,对输出激光光束质量进行了研究。搭建了百瓦级全光纤激光器。最大泵浦功率为436 W的条件下,获得了300 W波长1 080 nm的激光输出。光束质量M2=1.13。光-光转换效率为69%。理论分析并计算了20/400μm大模场面积双包层光纤中的两种导波模式LP01模和LP11模沿光纤径向的功率分布和弯曲损耗;利用光纤弯曲选模方法,实验上探究了光纤弯曲半径对输出激光模式及光束质量的影响。实验发现,通过光纤弯曲方式可以有效地消除高阶模式,再经过包层光剥除可以获得更好的光束质量M2=1.06。