1.7μm波段光纤激光技术研究进展及应用

1.7μm波段有许多分子吸收线,位于活体组织的透明窗口中。该波段激光源在材料加工、中红外激光产生、气体检测、医疗手术和生物成像等领域有着重要的应用,受到国内外研究者的重视,并取得了一些研究成果。总结了国内外1.7μm波段激光器的研究进展及相关应用,介绍了长春理工大学在该领域的工作。尽管现有的研究和应用仍面临着一系列问题,但随着相关技术的不断提高,1.7μm波段高性能光纤激光器必将得到快速的发展。

国外光纤激光器研究进展

介绍了典型光纤激光器的工作原理及光纤激光器具有的模式好,体积小,免冷却等一系列其他激光器无法比拟的优势,受到了来自通信、军事技术、工业加工、医疗和光信息等应用领域的高度关注,论述了国外在连续光纤激光器、脉冲光纤激光器等方面研究现状,最后总结了光纤激光器产业化的趋势。

2.8μm Er∶ZBLAN中红外光纤激光器研究

中红外波段激光光源在环境监测、材料加工、外科手术、军事等领域发挥重要作用。泵浦低损耗、高浓度Er^(3+)掺杂ZBLAN(Er∶ZBLAN)光纤是产生近3μm激光输出的主要手段之一,相较于其他同波段固态激光器,Er∶ZBLAN光纤激光器具有易集成、效率高,可采用激光二极管直接泵浦等优势,性能日渐提升的Er∶ZBLAN光纤激光器有望成为3μm波段最先发展成熟、走向应用的激光光源。本文主要介绍Er∶ZBLAN光纤激光器工作原理和发展现状,对三种不同的Er∶ZBLAN光纤激光器存在的问题进行分析和总结,最后对Er∶ZBLAN光纤激光器发展趋势进行展望。

连续波泵浦的高功率全光纤化超连续谱光源

以6个输出功率为25 W的976 nm半导体激光器作为泵浦源,通过光纤合束器搭建双包层掺镱(Yb)光纤放大器,对中心波长为1 071.5 nm的10 W连续波掺Yb光纤激光器种子源进行主振荡功率放大,实现高功率输出.通过包层光剥离器及与系统双包层尾纤匹配的模场适配器,将放大系统的大模场双包层光纤与小芯径单模光纤进行模场匹配耦合,进而实现高功率连续波激光的单模输出.通过梯度折射率光纤熔接技术,将模场适配器的输出光纤与一段长度为200 m的高非线性光子晶体光纤进行高效率耦合,实现高功率连续波光纤激光器对高非线性光子晶体光纤的全光纤化泵浦,最终研制最大输出功率为36.5 W的全光纤化超连续谱光源,光谱范围覆盖990～1 700 nm,20 dB光谱范围达620 nm.

基于单晶光纤的固体激光器研究进展

单晶光纤激光器在激光医疗、激光成像、光电对抗以及人眼安全测照等领域具有重大的应用价值,近年来成为新型固体激光源研究的热点。文章介绍了单晶光纤的制备方法,分析了单晶光纤激光器的工作原理,着重阐述了连续单晶光纤激光器、调Q单晶光纤激光器及种子注入单晶光纤激光放大器的技术方案和最新研究进展,讨论了单晶光纤激光器的优点和劣势,并对单晶光纤激光器的进一步发展进行了展望。

293W全光纤激光器研究

报道了一个全光纤连续掺Yb激光器的设计验证及优化结果,最大输出293W单模激光。分析及实验表明,百瓦状态激光器工作时,有高稳定性及高可靠性。指出用掺Yb保偏双包层有源光纤直接替换普通双包层掺Yb有源光纤,可立即获得百瓦线偏振激光。

中红外稀土掺杂碲酸盐玻璃和光纤

中红外稀土掺杂连续光纤激光在光声技术、红外制导、医疗手术、塑料加工以及5G通信等领域有着十分广阔的应用前景。然而,制备中红外稀土掺杂连续光纤激光器的光纤基质材料单一,再加上高增益光纤和器件的缺乏,大大限制了大功率单频连续光纤激光器的发展。本文对比了传统的石英光纤、氟化物光纤、硫系光纤和重金属氧化物光纤,最终将碲酸盐光纤作为阐述对象。重点阐述了国内外中红外稀土掺杂碲酸盐连续光纤激光的研究进展,目前2.0μm波段的最高输出功率为8.08 W、最高斜率效率为77%;3.0μm波段的理论模拟结果显示最高输出功率高达5.219 W、最高斜率效率可达40%。

激光对羟基磷酸铜的还原机理研究

为了研究激光选区金属化技术中,激光与尖晶石型化合物的相互作用机理,选用质优价廉、具有尖晶石结构的可见光和近红外光敏催化物质羟基磷酸铜(Cu 2(OH)PO 4)作为研究对象,利用X射线光电子能谱技术,探讨了波长为1064nm纳秒脉冲光纤激光、连续光纤激光和波长为355nm的纳秒脉冲紫外激光与羟基磷酸铜的相互作用机理。结果表明,3种激光都能将羟基磷酸铜中的+2价铜元素(Cu 2+)还原为+1价铜元素(Cu+),但还原过程随激光功率(0.13W^3.89W)或激光能量密度(2.76J/cm 2~25.48J/cm 2)的变化呈现不同的规律;结合羟基磷酸铜的热性能分析和紫外可见光吸收光谱分析,初步判断,在上述还原过程中,可能同时存在光热反应和光化学反应。该研究为羟基磷酸铜作为一种新型的激光活性物质提供了理论基础。

大直径光纤端帽的制作与熔接

为了避免高功率光纤激光器输出的激光对双包层光纤端面造成损伤,设计并制作了光纤端帽。使用新型CO2激光器光纤熔接机完成了双包层光纤与端帽的熔接,研究了双包层光纤与端帽熔接的相关工艺与方法。利用高功率连续激光对端帽的性能进行了测试,实验结果表明,熔接有光纤端帽的双包层光纤可以承受507 W连续激光的输出并且没有发生损伤。熔接有端帽的光纤激光器的斜率效率为64.05%,光束质量与未熔接有端帽时相同。

掺铥光纤激光器及其碎石应用:进展与展望

激光自诞生以来就在众多领域中有着广泛应用,激光碎石技术就是其中之一。相比目前激光碎石技术的“金标准”钬激光器,掺铥碎石光纤激光器在近些年不断发展,而且逐步被证明可实现更快的碎石速率与粉末化碎石、产生较小的碎石反推力、允许更高的液体灌溉速率等手术优点,同时整机系统支持免水冷工作、高电光效率运转、全光纤高效耦合以及大幅度体积缩减,因此受到了越来越多的关注。本文从连续性、准连续型和纳秒短脉冲型掺铥光纤激光器三个角度出发,详细总结了掺铥光纤激光器的部分重要研究进展及其在碎石领域的研究,介绍了掺铥光纤激光器用于碎石的优势与原理,并展望了未来研究的方向和挑战。

双激光束焊接5052铝合金

采用6 k W连续光纤激光器进行了5052铝合金双光束对接焊,研究了双光束并行与串行排列两种模式焊接及不同焊接速度下的焊缝形貌和组织。结果表明,以并行方式焊接的焊缝中存在较大孔洞,采用双光束以串行方式焊接铝合金可以获得良好的焊缝成形,不会出现气孔;在一定功率下,随着焊接速度的增大,焊缝逐渐变成漏斗状;双光束串行排列进行深熔焊过程中,熔池液态金属的流动方向平行于焊接方向,稳定匙孔,更有利于焊接过程的稳定;焊缝各区域组织一致,均有大量α(Al),并且有少量β(Mg2Al3)和Al2O3,由于快速凝固时各区域温度梯度不一,各区域组织形貌不尽相同。

基于超连续谱光源的相干反斯托克斯拉曼散射成像理论与实验可行性研究

将超连续谱光纤激光器引入到相干反斯托克斯拉曼散射成像系统,以解决当前相干反斯托克斯拉曼散射成像系统造价昂贵、体积庞大的问题。首先分析了基于超连续谱光源的相干反斯托克斯拉曼散射成像理论及其影响因素;接着搭建了一套基于超连续谱光源的相干反斯托克斯拉曼散射成像系统,并进行了成像性能测试。在物镜、功率、浓度等不同影响因素的情况下,系统测试的实验结果与数值仿真结果具有高度一致性,验证了基于超连续谱光源的相干反斯托克斯拉曼散射成像理论与实验的可行性。

高功率掺铥光纤激光的研究进展

掺铥光纤激光可调谐范围宽、人眼安全、非线性阈值高,功率提升潜力大,在遥感、激光雷达、医疗、光学参量振荡等领域具有重要的应用。主要报道了国内外在连续、脉冲掺铥光纤激光方面的进展。目前连续掺铥光纤激光已经实现1kW的输出,其中单频连续掺铥光纤激光实现了608W的输出,如果进一步采用高功率、高亮度的半导体激光作为抽运源,增多放大级,则有望实现更高功率的激光输出。在脉冲激光方面,采用调Q方式实现了重复频率100kHz,单脉冲能量360μJ的纳秒脉冲输出;采用锁模方式实现了重复频率为37MHz,脉宽为1.32ps,平均功率为3.4mW的输出。最后对掺铥光纤激光的未来发展进行了展望。

基于光谱展宽的高功率窄线宽激光器研究进展

高功率窄线宽连续光纤激光器在科学研究、工业加工和军事功防领域具有广泛的应用价值。在保证激光器输出质量的前提下,不断提升输出功率是高功率激光器不懈追求的关键目标之一。受激布里渊散射效应是制约激光功率提升的关键因素之一,本文针对受激布里渊散射效应展开,重点介绍基于光谱展宽的非线性效应抑制方法的不同方案与效果,综述利用相位调制展宽种子源光谱的发展历程,分析当前存在的问题并展望该技术的发展前景。

96%氧化铝陶瓷基板的激光切割划片及工艺优化

介绍了激光氧化铝陶瓷基板划片的基本原理,由三维固体中的热传导微分公式描述激光与材料的热过程,对激光加工的氧化铝陶瓷基板表面的损伤阈值进行了计算分析。利用相干公司400 W的E400射频CO2激光器、IPG公司YLR-150/1500-QCW-AC 150 W准连续型光纤激光器搭建了激光加工平台,对1 mm厚度内的96%氧化铝陶瓷基板进行了切割和划片加工实验。实验中,通过在陶瓷基板表面涂抹吸收剂,利用氮气作为辅助气体,解决了光纤激光器在连续波模式下加工时由于氧化铝陶瓷高反特性出现的切割和划片断点问题。实验表明,当光纤激光器工作在准连续波模式时,实现了无需对陶瓷表面进行涂吸收剂处理,直接用空气作为辅助气体对1 mm厚度内96%氧化铝陶瓷基板的切割和划片。