高功率光纤激光器反向泵浦信号合束器信号光传输效率提升技术研究

在高功率光纤激光器反向泵浦信号合束器的制作过程中,经熔融拉锥后输出端的信号光纤纤芯变细,在与输入端信号光纤熔接时产生模场失配问题,造成反向泵浦信号合束器的信号光传输效率降低。针对这一问题,文中搭建了信号光纤熔接的芯径失配功率损耗模型,简析了光纤熔接时芯径失配与信号光功率损耗的关系。设计了一套泵浦信号反向合束器信号光功率损耗测试系统。提出了一种通过优化反向合束器信号光纤参数,提升反向泵浦信号合束器的信号光功率传输效率的方法,并通过预拉锥工艺,制作出一支25/400 (6+1)×1反向合束器,经测试,信号光传输效率优于98%,实验室使用该反向合束器搭建了一台MOPA结构光纤激光放大器,实现了3 kW稳定输出。

高光束质量保持的(6+1)×1泵浦/信号合束器研制

研制了一款输入输出均为50μm大芯径信号光纤的高泵浦光耦合效率、高光束质量保持的(6+1)×1反向泵浦/信号合束器。利用仿真软件分析了锥区长度、拉锥比例以及玻璃管折射率对泵浦光耦合效率的影响,纤芯轴向偏移量对信号光传输效率及光束质量的影响。合束器的制作中,使用半掺氟的薄壁玻璃管提高泵浦臂性能,泵浦耦合效率大于98.5%,无主动制冷情况下温升小于10℃/kW。采用包层腐蚀变径技术保证信号光纤在组束过程中纤芯不变形,并通过光束质量因子反馈对准熔接,实现了高光束质量保持的合束器的研制,光束质量退化比仅为3.4%。在合束器信号光纤尾端制作包层光滤除器并熔接端帽构成一体化器件,应用于单级主振荡功率放大结构的窄线宽激光系统中,实现了4.1 kW近单模输出,拉曼抑制比为40.5 dB。