双包层光纤的侧面泵浦耦合技术

泵浦耦合技术是获得高功率光纤激光器的关键技术之一。双包层光纤侧面泵浦耦合技术通过双包层光纤侧面将泵浦光耦合入内包层 ,相对于光纤端面泵浦耦合技术有很多优点。针对于双包层光纤激光器的特点 ,已经发展了多种光纤侧面泵浦耦合技术。概述了目前已经在实验中采用的光纤侧面泵浦耦合技术 。

熔锥型侧面泵浦耦合器的研究

现在高功率光纤激光器和光纤放大器采用的双包层掺杂光纤,相对于从半导体泵浦激光器发射出的多模泵浦光束的大发散角,其内包层的直径很小,因此把泵浦光有效地耦合到双包层掺杂光纤的内包层是一个急需解决的难题。研制一种熔锥型侧面泵浦耦合器,可以大幅度提高泵浦光功率,实现增益光纤的多点泵浦,在双包层光纤放大器中使用良好,安全稳定,实现了较高的耦合效率,达到了70%,信号光通过率98%,信号输入与泵浦输入的隔离度大于50dB,泵浦输入对输出端反向传输光的隔离度27 dB。通过对比结构紧凑性、耦合效率、系统稳定性等相关指标发现,熔锥型侧面泵浦耦合器完全可以满足高功率光纤激光器和光纤放大器的使用要求。

大面阵激光二极管阵列端面泵浦耦合技术

为了满足常温Yb:YAG激光放大器对泵浦功率密度的要求,设计了一种高缩束比的耦合系统。根据激光二极管(LD)的发光特性,将输出功率为80kW的LD阵列进行拟球面排列,采用正交柱面透镜配合空心导光管进行泵浦耦合,耦合系统的面积缩束比高达86∶1。模拟计算表明,该耦合系统的耦合效率对导光管反射板的反射率依赖性较低,且脱离耦合系统后的泵浦光传输8.5mm后,依然可以保持泵浦光场的轮廓,满足端面泵浦的常温Yb:YAG片状放大器对泵浦耦合系统的要求。

用于太阳光泵浦光纤激光聚光系统的改进型复合抛物面聚光器的设计

为研制适用于太阳光泵浦光纤激光器的聚光系统,在分析了传统复合抛物面聚光器(CPC)用于耦合光纤的可行性及其缺陷的基础上,提出了一种改进型CPC用于光纤耦合。完成了由主级抛物面反射镜和次级改进型CPC组成的太阳光泵浦多级聚光方案,并与普通CPC和透镜组构成次级聚光器的方案以及无次级聚光器的方案进行了对比。光线追迹仿真模拟结果表明:改进型CPC能够克服普通CPC出射光线发散的缺陷,从而提高与光纤的耦合效率,当主镜接收角度在±0.55°范围内,其耦合效率维持在93.53%-96.43%,该结果优于其他方案。

熔融侧面泵浦耦合器光纤夹角对耦合效率的影响

泵浦耦合器是高功率光纤激光器的关键无源光器件,其制作工艺是采用泵浦光纤和主光纤侧面熔融的方法,该方法可以保持主光纤中信号光的低插入损耗,但泵浦光纤和主光纤之间的夹角对耦合效率影响较大。为解决这一问题,根据熔融侧面泵浦耦合器的结构特点,建立了物理模型,推导出各光纤中光功率与夹角关系的方程组,进行了数值仿真和实验论证,结果是随着泵浦光纤和主光纤之间夹角的减小,耦合效率会逐渐增大,但存在临界值,NA值小的泵浦光纤耦合效率高且临界角大,NA为0.22的泵浦光纤,夹角小于9.7°时耦合效率最大值为96.9%,NA为0.15的泵浦光纤,夹角小于11.5°时耦合效率最大值为97.8%。

高重频三向侧面泵浦DPL耦合系统设计

激光二极管侧面泵浦容易将大功率二极管阵列(LDA)光耦合到激光晶体中去,但耦合效率有待于进一步的提高。在已建立的二极管单bar侧面泵浦YAG晶体泵浦光场分布数值模型的基础上,进一步分析了三向侧面泵浦激光器晶体内光强的分布,并全面考虑了耦合系统相关的因素,结合实际设计出LD三向侧面泵浦耦合光学系统,最终获得了重复频率1～1 000 Hz可调,波长1.064μm的TEM00模的调Q窄脉冲激光输出。激光输出最大单脉冲能量为11.5 mJ,脉冲宽度为8 ns,光-光转换效率为11.7%。实验验证了该耦合系统的合理性与优越性,为高效耦合系统的进一步优化奠定了基础。

半导体激光器侧面泵浦双包层光纤技术

泵浦耦合技术是研究高功率光纤激光器和光纤放大器的关键技术,而侧面泵浦耦合技术又是通过泵浦耦合技术获取高功率光纤激光器的未来发展趋势。它是通过双包层光纤的侧面将泵浦光耦合进内包层,对纤芯进行泵浦。目前已经提出并且实现了多种侧面泵浦耦合技术。详细叙述了各种耦合方案的工作原理,并对其耦合效率,输出功率,工艺难易进行了分析和对比,最后根据制作工艺和耦合原理将其进行了分类。

侧面紧耦合泵浦微型激光器研究

利用解析法分析了激光二极管(LD)侧面紧耦合泵浦固体激光器中泵浦光强分布特点,其增益分布与发光单元发光面处的束腰半径、激光二极管等间距环绕个数、泵浦源与晶体表面的距离、晶体棒半径和工作物质的吸收系数有关,通过调整泵浦参数可以实现中心强边缘弱的泵浦光分布。采用LD紧贴于Nd:YAG的紧耦合双侧面对称泵浦技术,对侧面紧耦合泵浦微型激光器进行了相关研究,实验上实现了激光二极管泵浦固体激光器(DPL)的微型化。

熔锥型光纤侧面泵浦耦合器的研究

该文采用泵浦光纤预拉方法得到一款泵浦耦合效率82%,信号光通过率98%,信号输入与泵浦输入隔离度33 dB,泵浦光反向隔离度24 dB的高效熔锥型侧面泵浦耦合器。将该耦合器应用于自制的20 W脉冲激光器,实现了峰值功率为7 kW的稳定激光输出。研究结果表明,所研制的熔锥型光纤侧面泵浦耦合器在高功率光纤激光器和光纤放大器中具有很好的应用前景。

二极管激光侧面泵浦2．7μm可调谐激光技术

激光二极管泵浦的固体激光器具有高效率、紧凑、稳定、光束质量好等优点，在军事、工业、医学和科研领域已经得NT广泛应用。二极管侧面泵浦Er：YLF晶体是获得2．7--2．8μm激光调谐输出的有效方法之一。由于端泵浦方式泵浦功率密度较高，泵浦面易断裂，限制了激光器总的泵浦功率，从而限制了激光输出功率，通常采用的泵浦方式是侧泵浦。

LD侧面泵浦全固态激光器光场均匀性研究

研究了LD阵列侧面泵浦全固态激光器泵浦光场的分布特点。将激光二极管面阵发出的光作高斯光束处理,建立了适用于激光二极管阵列多侧面泵浦全固态激光器的泵浦光场分布高斯模型。根据所建模型,通过计算机编程模拟,分析了泵浦结构各参量:激光二极管排列方式、光束束腰半径、工作物质吸收系数对泵浦光场分布的影响,比较了激光二极管排列方式、光束束腰半径、工作物质吸收系数不同给泵浦光场均匀性带来的差异,为LD侧面泵浦全固态激光器的结构优化设计和实验研究提供了理论参考。

LD侧面泵浦Nd^(3+):YAG/KTP倍频晶体长度对660nm激光功率影响的分析

利用四能级激光系统的速率方程和类高斯光束倍频理论,计算了在LD阵列侧面泵浦Nd3+:YAG/KTP660 nm红光激光器中,倍频晶体长度与谐波输出功率的函数关系,分析了激光器工作特性,优化选择了腔参数,得到与理论计算符合较好的实验结果。使用长度不同的KTP晶体,在180 W泵浦功率下,谐波输出功率最大输出3.75 W。选择优化的晶体长度,在210 W泵浦功率时,得到功率为5.83 W的660 nm红色激光。

室温下光纤耦合二极管泵浦Tm:YAP激光器

为实现室温下小型化、高效率的1.9μm激光输出,采用793.5 nm激光二极管泵浦Tm:YAP晶体,晶体采用热电制冷及风冷的方式控制在18℃,采用1∶1的聚焦耦系统,获得功率为2.2 W、中心波长为1928 nm的激光输出,光光转换效率为31%,斜率效率达41%。对影响激光输出的耦合输出率、腔型、腔长、晶体工作温度等因素进行了实验分析,实验结果表明:输出功率的变化与温度基本成线性关系,当增加激光谐振腔长时,由于高阶模式损耗加大以及晶体热透镜效应的加重导致腔内损耗加大,输出功率和斜率效率都有所下降。

连续侧面泵浦Nd∶YAG陶瓷激光器被动调Q研究

对比研究了808 nm激光二极管列阵侧面泵浦Nd∶YAG陶瓷与Nd∶YAG单晶激光器在连续和被动调Q运转下的激光输出特性。对于Nd∶YAG陶瓷激光器,在145 W泵浦功率,平平谐振腔20%输出耦合镜透过率时,获得最大44.28 W的1 064 nm连续激光输出,光-光转化效率和斜效率分别为30.5%和38.2%.谐振腔中插入初始透过率87.89%的Cr4+∶YAG晶体作为被动调Q开关,在124 W泵浦功率下获得10.03 kHz重复频率,4.62 W平均功率,5.54 kW峰值功率的准连续激光输出。同样实验条件下利用相同尺寸和掺杂浓度的Nd∶YAG单晶进行对比,结果表明Nd∶YAG陶瓷在高功率泵浦下具有广阔的应用前景。

LD侧面泵浦Tm:YAG电光调Q激光的实验研究

介绍了一种激光二极管(LD)阵列侧面泵浦电光调Q的高峰值功率、窄脉宽的Tm:YAG激光器。使用LGS晶体作为电光Q开关,研究了白宝石堆片和格兰棱镜分别作为起偏器时激光输出的特性。研究表明:使用白宝石堆片作为起偏器时,随着泵浦能量的增加会有尾脉冲出现;而使用格兰棱镜作为起偏器时,则无尾脉冲。使用格兰棱镜作为起偏器时,该激光器输出激光中心波长为2.02μm,在重复频率为10 Hz时,可获得最大单脉冲输出能量为60 m J、脉冲宽度为65.6 ns、峰值功率为0.91 MW、斜效率为5.41%的激光输出。

福建高效半导体泵浦耦合研究通过验收

近日，由中科院福建物构所林文雄研究员主持完成的福建省科技重大专项前期预研项目“5千瓦全固态激光器中的关键支撑技术——高效半导体泵浦耦合问题研究”，通过省科技厅组织的专家验收。该项目立足解决5千瓦高功率全固态激光器的关键支撑技术，开展了高效半导体泵浦耦合模块的设计与特性研究。

基于GTWave技术的脉冲光纤激光器

该文介绍了常用的几种泵浦耦合技术。利用增益/泵浦一体化光纤(GTWave)侧面泵浦耦合技术,采用制备的25/250 GTWave光纤搭建了重复频率10 kHz、平均功率24.59 W、单脉冲能量高达2.459 mJ及峰值功率10 kW的脉冲光纤激光器。分析了采用该光纤进一步提高输出单脉冲能量的方法。结果表明,该光纤能够实现很高的单脉冲能量输出。

LDA端泵浦电光调Q脉冲输出特性研究

利用晶体的电光效应制成脉冲式Q开关(PRM),实现谐振腔中反射镜的部分反射而形成激光振荡。激光介质为Nd∶YAG,采用300W准连续LDA(激光二极管阵列)端面泵浦,表面加微柱透镜和透镜导管进行光耦合,传输效率75%,电光晶体为KDP,平-凹腔结构,腔内放置介质膜起偏器,腔长11cm,退压式调Q,设计了实用的退压调Q电路,Q开关后沿触发,改进了硅光电二极管弱光测量电路,输出脉冲被调制,输出脉宽11ns,光-光转换效率10.8%,输出单脉冲能量4mJ,对实验结果进行了分析讨论。

侧面级联耦合器对连续光纤激光器的影响

为了研究侧面级联耦合器对光纤激光器的影响,对自主研制的(1+1)×1侧面泵浦耦合器,以及某商品化的(2+1)×1耦合器进行了研究.实验中分别测试了2种耦合器的耦合效率,泵浦光传输损耗,以及信号光泄露等参数,然后用2种结构的耦合器分别搭建了光纤激光器.在耦合器为(1+1)×1结构的激光器中,注入975 nm泵浦功率444 W时,1 080 nm激光功率输出344 W,光-光转换效率77%;在耦合器为(2+1)×1结构的光纤激光器中,当975 nm泵浦功率注入444 W时,1 080 nm激光功率输出260 W,激光器的光-光转换效率59%.对比2种结构的激光器可以看出:对于目前商用的(2+1)×1耦合器来说,由于传输损耗比较大,很难实现级联结构,而实验室自主研制的侧面耦合器能够实现5个级联.

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.