自成像共焦腔相干合成空间滤波器设计

理论分析了利用自成像共焦腔实现激光列阵相干合成的物理模型,对自成像共焦腔的一维相干合成和二维相干合成进行了模拟仿真计算,得到腔内场的强度分布图样.在此基础上,研究了空间滤波器在相干合成中实现模式选择的机理,并讨论滤波器的设计对相干合成及模式选择的影响,分别对一维相干合成和二维相干合成的情况,仿真计算了输出功率与滤波器位置和宽度的关系,为实验提供了理论依据.

自成像共焦腔一维光纤激光阵列相干合成的实验研究

利用自成像共焦腔,开展了一维光纤激光阵列相干合成的实验研究,实现了掺Yb^(3+)双包层光纤激光阵列的相位锁定,得到了基于一维光纤激光阵列自成像共焦腔的远场强度分布图样。根据其数学模型及理论计算,合理选择了空间滤波器宽度,验证了空间滤波器在合成激光不同位置对不同相干成分模式所引入的损耗抑制作用,从实验上证实了空间滤波器在相干合成中实现模式选择的机理。

两光纤激光器同相锁定的实验研究

基于自成像共焦腔,利用一个设计灵活的实验装置,实现了两路掺镱光纤激光器的同相模式锁定。改变近场填充因子为10.86%,15.2%,25.33%时,干涉条纹旁瓣数量逐渐减少,主瓣能量占总能量比例分别为13.58%,18.98%,31.42%。在8.8 W泵浦功率下得到1.44 W相干合成激光输出,相干合成效率93.4%。研究发现选用合适长度的增益光纤和较小反射率的外腔输出耦合镜可以提高激光斜效率,进而增加相干合成输出功率。

两根大芯双包层光纤激光器获得60W相干输出

报道了一个相位锁定的光纤激光器阵列获得60W的输出,同相模式输出时的斜率效率为37%。对于两种不同的纤芯距离都观测到稳定的高对比度干涉条纹。整个系统在高功率操作时,所用的空间滤波器没有观察到明显的热问题,这充分说明了采用这种方法能够进一步提高相干输出功率。

两光子晶体光纤激光器相干锁定的实验研究

利用自成像腔技术进行光子晶体光纤(PCF)激光器光束相干合成的实验研究,实现了两光子晶体光纤激光器的相位锁定。在不使用滤波器的情况下,实验仍能观测到清晰的干涉图样,且在高功率输出状态以及环境噪声情况下干涉图样仍可保持稳定,表明具有单模大模场特性的光子晶体光纤在实现光束相干合成方面比传统的双包层光纤(DCF)有明显的优越性。实验还表明耦合输出镜的反射率对相干输出功率有一定影响,当反射镜的反射率分别为5%,10%和15%时,两台激光器相干输出斜率效率分别为63.8%,61.6%和60.2%。在抽运功率为150W和耦合输出镜的反射率为5%时,获得95.8W的最大相干功率输出,相干功率合成效率为90.2%。实验中无任何热光效应产生,有望利用该方法获得更高的相干输出功率。

两个光纤激光器的相位锁定及高相干功率输出

研究了两个光纤激光器的相位锁定及其相干输出。将两个光纤激光器的输出耦合进一个自成像共振腔,然后利用一个空间滤波器进行模式选择。自成像共振腔由两个焦距为8 mm的准直透镜、一个焦距为500 mm的傅里叶透镜和一个耦合输出镜组成。滤波器由两根20μm的铂金线组成,并放置在耦合输出镜面上。实验中,观测到光束截面图样具有高对比度的干涉条纹。输出镜反射率在50%和30%情况下,分析了单个激光器和激光器阵列的斜率效率。在总抽运功率为60 W时,获得了18.3 W的高相干功率输出。稳定的相位锁定是由于激光器阵列具有能适应光程长度变化的自调节过程。实验表明,利用该方法完全可以进一步提高相干输出功率。