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。

1GHz,48.8fs高重复频率掺镱光纤飞秒激光器研究

GHz基本重复频率光纤超短脉冲激光器由于具有宽光谱,窄脉宽等优势,在高速光刻,高端制造,天文探测,太赫兹检测,精密仪器等领域应用广泛。然而在实现1GHz以上基本重复频率锁模的前提下,如何输出脉冲宽度在50fs以下的超短脉冲是当前科学研究的难点。文章以实现更宽光谱,更窄脉宽的GHz重复频率光纤超短脉冲激光器为目标,通过非线性偏振旋转锁模(NPR)技术,利用波分复用光纤准直器(WDM-Collimator)缩短激光谐振腔长度,最终实现了48.8fs脉冲宽度的1GHz基本重复频率光纤激光器。该脉冲宽度是当前国际上1μm波段GHz基本重复频率光纤激光器的最窄直接输出脉冲宽度。最后对激光器集成形成样机,并有效降低制造成本,提升了系统稳定性。该激光样机可满足天文光梳、卫星导航等领域空间尺寸的需求,有望推动高重复频率光纤超短脉冲激光器工业化、商业化发展。

5 kW振荡放大一体化高可靠性光纤激光器

振荡放大一体化光纤激光器具有振荡器抗回光能力强和放大器效率高的双重优点,在工业领域有着很好的应用前景。国防科大首次实现了输出功率大于5 kW的振荡放大一体化光纤激光器,光光效率约为80%。重点研究了该激光器在高功率运行时的可靠性和控制逻辑。首先,类比普通放大器中“不开种子、只开放大”的情况:在振荡部分泵浦源关闭时,瞬间开启放大部分泵浦源;其次,类比普通放大器中“不关放大、只关种子”的情况:在放大部分泵浦源开启时,瞬间关闭振荡部分泵浦。实验结果表明,以上两种极端情况下激光器都可稳定正常工作。首次验证了该激光器在控制逻辑和泵浦源开关顺序方面无特殊要求。

主振荡功率放大结构窄线宽全光纤激光器334W高功率输出

搭建了一台全光纤结构的窄线宽高功率掺镱光纤激光器。种子激光的输出功率大于40mW,线宽窄于100MHz。采用主振荡功率放大结构三级放大,主放泵浦功率为405W时得到了334W的窄线宽高功率激光输出,光光转换效率为82.4%。目前,激光器输出功率仅受限于泵浦功率,增加有效泵浦功率即有望进一步提高输出功率。

MOPA光纤激光器放大级自激振荡实验研究

在高功率主振荡功率放大激光器(MOPA)中,放大的自发辐射(ASE)及其引起的自激振荡对激光器输出光特性有显著影响。理论分析了自激振荡与光纤端面反射率的关系。基于自行设计的MOPA光纤激光器系统,实验研究了自激振荡与增益光纤长度、抽运光功率和信号光功率之间的关系,并根据实验结果归纳出MOPA光纤激光器的输出特性曲线。结果表明放大级的放大倍数介于10~15之间时,输出光谱中自激振荡光所占的比例最小。实验结果为优化MOPA光纤放大器、提高输出激光的信噪比提供了一定参考。

2-μm MOPA结构全光纤激光器输出特性研究

为改善高功率掺铥光纤激光器(TDFL)的输出性能,提高系统的光-光转化效率,研制了一种全光纤主振荡功率放大结构(MOPA)的高功率TDFL,可在连续(CW)和准连续(QCW)两种模式下工作。首先,搭建了激光振荡器,对种子源激光器的输出特性进行研究。接着,搭建掺铥光纤放大器,并将其与激光振荡器连接,研究MOPA结构光纤激光器的输出特性。最后,在QCW调制模式下,分析MOPA结构光纤激光器的脉冲特性。结果表明:激光振荡器实现了中心波长为1 940 nm连续稳定的激光输出,最高平均输出功率为18.56 W,斜率效率为54.84%,且光谱无拉曼成分。利用该低功率连续激光作为种子源经过自制的掺铥光纤放大器后,平均输出功率可达66.9 W,斜率效率为48.48%。当系统在QCW模式下工作时,可以实现对频率和占空比的调节,且当频率为75 Hz,占空比为10%时,经计算其峰值功率为80.3 W。该研究方案对研制2μm波段更高功率的MOPA激光器具有参考意义。

1μm全光纤MOPA结构激光器输出特性研究

主振荡功率放大(main oscillation power amplification,MOPA)结构由于其光束质量良好和参数可调的优点,已成为高功率光纤激光器的主流设计之一。为了改善高功率掺镱光纤激光器(ytterbium-doped fiber laser,YDFL)的输出性能,提高系统的光-光转换效率,文中报道了一台基于915 nm泵浦激光器和双包层掺镱光纤(ytterbium-doped fiber,YDF)的MOPA结构全光纤高功率激光器。该高功率光纤激光器由电调制激光二极管(laser diode,LD)泵浦的种子激光器和掺镱光纤放大器(ytterbium-doped fiber amplifier,YDFA)组成。连续光(continuous wave,CW)工作模式下,激光种子源经过YDFA后,实现了中心波长为1069.96 nm的激光输出,最大平均输出功率可达945.9 W,MOPA激光器整机的斜率效率高达74.12%,具有良好的稳健性。该研究方案对研制高功率MOPA光纤激光器具有参考意义。

皮秒光纤激光器突破100W壁垒——光纤主控振荡功率放大器(MOPA)具有1GHz脉冲重复频率和超过300W的平均输出功率

英国南安普顿大学和南安普顿光子学研究所利用光纤技术使皮秒光纤激光器的平均输出功率提高到100 W以上,并相信有可能提高到500W。

分布式抽运连续光纤激光器研究

为了避免高功率光纤激光器中光纤端面出现热效应问题,依据多点级联结构的耦合器,对分布式抽运的光纤激光器进行了研究。首先,介绍了实验室自主研制的级联耦合器。然后,分析了耦合器插入对光纤激光器的影响。最后,选用自制的耦合器搭建了分布式抽运的光纤激光器。实验结果表明:对耦合器插入损耗的研究,能够促进高功率级联耦合器的实现。在光纤激光器结构中,975 nm泵浦功率注入1.1 k W时,1 080nm激光功率输出为770 W,光-光转换效率为77%。在主控振荡功率放大结构中,激光功率输出为635 W,放大级的光-光转换效率为78%。分布式抽运方式可以使泵浦光多点注入,避免了热量的集中,能够获得千瓦级的激光功率输出。

100W全光纤声光调Q光纤激光器实验研究

报道了一台全光纤结构主振荡功率放大(MOPA)型掺镱脉冲光纤激光器,以光纤光栅为腔镜,光纤型声光调Q的光纤激光器为种子源,通过两级掺镱双包层光纤放大器实现功率放大。对声光调Q的光纤激光器输出特性进行了研究,比较了不同泵浦波长、不同重复频率对激光输出功率和脉冲宽度的影响,并实现了最短脉冲宽度25ns、单脉冲能量45μJ的脉冲激光输出。在重复频率50kHz时,对脉冲宽度130ns、平均功率0.6W的种子光进行放大,得到了平均功率102.5W、脉冲宽度约240ns的激光输出。

高功率脉冲双包层光纤激光器的新进展

对高功率脉冲双包层光纤激光器的国内外研究进展进行评述,通过建立了小信号瞬态增益模型,对脉冲激光信号经过双包层光纤放大后的波形进行了数值模拟。分析了基于MOPA方式脉冲双包层光纤激光器的几个问题,报道了中科院上海光机所采用振荡-放大(MOPA)方法获得133.8 W平均功率脉冲放大输出的实验结果。

窄线宽全光纤激光器实现666W高功率输出

搭建了一台主振荡功率放大(MOPA)结构的窄线宽全光纤激光器。利用噪声相位调制技术将单频激光线宽展宽至0.3GHz,通过四级放大器结构对10mW的窄线宽种子激光进行放大,获得了功率为666W的窄线宽激光输出。该窄线宽激光器输出功率仅受限于泵浦功率,增加泵浦功率有望进一步提高输出功率。

人眼安全高重频窄脉宽单模全光纤激光器特性研究

介绍了基于主振荡功率放大结构的人眼安全全光纤激光器。首先对比了电光调制及直接调制产生的种子激光在百k Hz重复频率、纳秒级脉冲宽度的激光放大器中优缺点,综合系统需求选择直接调制方式;之后对窄脉冲单模放大中出现的脉冲分裂现象进行了研究,选用10μm纤芯的双包层铒镱共掺光纤,仅通过两级放大即获得了1 550 nm,重复频率为200 k Hz,脉冲宽度为4.07 ns,峰值功率为1.02 k W的单模激光输出。具有结构紧凑、稳定可靠的特点,可用于三维视频激光雷达。

18.4W皮秒光纤激光器及其全光纤化超连续谱源

采用光纤非线性环形腔被动锁模方案,研制毫瓦级掺镒皮秒光纤激光器,对其进行3级主振荡功率放大(master oscillator power amplifier,MOPA),得到功率18.4 W,重复频率85 MHz,线宽5.7 nm的高质量皮秒激光输出.利用自主研发的模场适配器,实现了此高功率皮秒激光器对长度为50 m高非线性光子晶体光纤的高效全光纤化泵浦,研制了输出功率为3.6 W的全光纤化宽带超连续谱光源,其在1 700nm(500～2 200 nm)的带宽范围内具有10 dB的光谱平坦度.

高性能单频光纤激光器研究进展:2017-2021(特邀)

单频光纤激光器以其独特的窄线宽、低噪声的激光特性,结合光纤系统高光束质量、高集成性以及免维护等应用优势,在冷原子物理、高分辨光谱分析、引力波探测以及远距离相干通信等前沿科学研究和应用领域具有广泛前景。伴随着光纤激光技术的快速发展,单频光纤激光器的性能在过去的二十年间得到了长足进步,单频光纤激光技术的基本体系逐渐建立。近年来,研究人员围绕高性能单频光纤激光器开展了一系列创新工作,在探索单频光纤激光的新机制、新结构,提升单频激光功率、压缩线宽、抑制噪声以及拓展工作波段等方面取得了不俗的研究成果。为此,笔者系统总结分析了近五年来高性能单频光纤激光器的研究进展,及时捕捉当前单频光纤激光领域研究趋势及所面临的新的发展瓶颈,并对单频光纤激光技术在新阶段的发展方向进行了展望。

kW级全光纤激光器理论与实验研究

基于主振荡功率放大结构设计了kW级全光纤激光器,对激光器的功率分布及输出、弯曲选模以及冷却条件下增益光纤的热分布进行了数值模拟分析。搭建了所设计的全光纤激光器,在注入总泵浦功率1436W时,实验获得了1060W高功率连续激光输出,光光转换效率73.8%,光束质量因子小于1.6。初步分析了导致激光器实验输出与理论设计二者偏差的原因。

单频纳秒脉冲全光纤激光器实现300W平均功率输出

搭建了一台主振荡功率放大(MOPA)结构的单频脉冲全光纤激光器。通过对线宽为20kHz的连续单频激光器进行强度调制,获得了重复频率10MHz、脉宽约8ns、平均功率约0.5mW的单频脉冲种子激光。采用多级掺镱光纤放大器对脉冲种子激光进行级联放大,获得了平均功率300.8W的高功率激光输出。目前,激光器输出功率仅受限于泵浦功率,有望通过增加泵浦功率进一步提高输出功率。

高能量脉冲光纤激光器的研究进展及其应用

综述了高能量、高峰值功率的脉冲光纤激光器。详细介绍了实现高能量脉冲输出的光纤调Q技术、光纤脉冲主振荡功率放大技术的原理和国内外研究进展,以及高能量脉冲光纤激光器的前景和应用。

5kW泵浦增益一体化复合功能激光光纤

以GT-wave光纤为代表的泵浦增益一体化复合功能激光光纤是分布式侧面泵浦光纤技术的典型代表.GT-wave复合功能激光光纤具有良好的结构扩展性,泵浦注入路数可递增,泵浦光注入吸收和信号光增益放大都自然而均匀地实现,可有效热管理,转换效率高,稳定性好.英国SPI公司和美国IPG公司均采用此类光纤用于kW级高功率光纤激光器的研究和生产,我国相关研究单位也在逐步进入此研究领域并取得了初步进展.

百瓦级全光纤化掺铥光纤激光器

基于线型腔结构实现中心波长约1 945 nm、功率150 m W的连续激光输出,采用3级主振荡功率放大(master oscillator power amplifier,MOPA)结构,实现123 W的掺铥激光输出,斜率效率为59.1%.搭建基于调制半导体激光器,输出波长为1 550 nm的铒镱共掺光纤放大器,实现平均功率1.2 W、脉宽50 ns、重复频率200 k Hz的脉冲激光输出.将该铒镱共掺光纤放大器作为泵浦源,采用线型腔结构抽运掺铥光纤,实现中心波长约为1 945 nm的增益调制脉冲激光输出,重复频率为100 k Hz,脉宽约为800ns.采用3级MOPA结构对此增益调制掺铥脉冲光纤激光器进行功率放大,实现平均功率115 W、单脉冲能量1.15 m J的激光输出,且放大过程中无非线性效应产生.