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High conversion efficiency, high power density Q-switched fiber laser

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Chinese Physics B 2014年第6期23卷 311-314页

作者：陈霄肖起榕金光勇闫平巩马理 Provincial Key Laboratory of Solid Laser Technology and Application College of Science Changchun University of Science and Technolog Center for Photonics and Electronics State Key Laboratory of Tribology Department of Precision Instrument Tsinghua University

An acoustic-optic Q-switched all-fiber laser With a high-repetition-rate, a short pulse width, a wide spectrum, and a high conversion efficiency is experimentally demonstrated. In the laser configuration, a （1＋1）x 1 side-pumping coupler is introduced to perform backward pumping, and a 10/130%tm Yb fiber is adopted. The acoustic-optic component operates in the first direction, achieving a Q-switched pulse with a repetition rate adjustable in the range of 20 kHz-80 kHz. Under a repetition rate of 20 kHz and a pump power of 6.76 W, the fiber laser obtains a highly efficient and stable pulse output, with an average power of 4.3 W, a pulse width of 56 ns, a peak power of 3.83 kW, and a power density of 1.39x 101~ W/cm2. Particularly, the optic-optic conversion efficiency of the laser reaches as high as 64%. Another feature of the pulsed laser is that the high reflection mirror reflects the pump light as well, which brings the secondary absorption of the pump power into the gain fiber.

关键词： Q-switching wide spectrum fiber lasers laser diode-pumped peak power

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高功率光纤激光抽运耦合技术综述

中国激光 2017年第2期44卷 106-123页

作者：肖起榕张大勇王泽晖黄昱升张利明李丹闫平巩马理清华大学精密仪器系北京100084 固体激光技术重点实验室北京100015

高功率光纤激光器是目前激光器研究发展的一个热点。抽运耦合功率将直接决定光纤激光器的输出功率。分析了光纤激光抽运耦合技术的研究现状,从端面抽运耦合和侧面抽运耦合两大基本结构出发,详细阐述了各种光纤激光抽运耦合器的技术方案... 详细信息

高功率光纤激光器是目前激光器研究发展的一个热点。抽运耦合功率将直接决定光纤激光器的输出功率。分析了光纤激光抽运耦合技术的研究现状,从端面抽运耦合和侧面抽运耦合两大基本结构出发,详细阐述了各种光纤激光抽运耦合器的技术方案和特点,并进行综合比较,针对现存问题以及今后的研究方向提出了建议。

关键词：激光器光纤激光抽运耦合端面抽运侧面抽运

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级联泵浦高功率掺镱光纤激光器:进展与展望

中国激光 2021年第15期48卷 60-80页

作者：肖起榕田佳丁李丹齐天澄王泽晖于伟龙吴与伦闫平巩马理清华大学精密仪器系光子测控技术教育部重点实验室北京100084 清华大学精密仪器系精密测试技术及仪器国家重点实验室北京100084

级联泵浦的高功率掺镱光纤激光器在近年快速发展,已经成为获取具有优异光谱特性、高亮度、高功率激光光束的重要技术途径。以高功率1018 nm光纤激光器为代表的高亮度级联泵浦激光源的研究和应用,给包括传统波长掺镱光纤激光、高功率随... 详细信息

级联泵浦的高功率掺镱光纤激光器在近年快速发展,已经成为获取具有优异光谱特性、高亮度、高功率激光光束的重要技术途径。以高功率1018 nm光纤激光器为代表的高亮度级联泵浦激光源的研究和应用,给包括传统波长掺镱光纤激光、高功率随机光纤激光、拉曼光纤激光在内的众多高功率光纤激光领域带来突破性的性能提升。本文总结回顾了级联泵浦高功率掺镱光纤激光器的最新研究进展,介绍了当前实现高性能输出的级联泵浦高功率光纤激光所应用的主要关键技术,并展望了未来研究的方向和挑战。

关键词：激光器高功率光纤激光器级联泵浦 1018 nm光纤激光器随机光纤激光拉曼光纤激光

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同带泵浦的万瓦级三包层掺镱光纤

中国激光 2021年第13期48卷 203-206页

作者：张磊楼风光王孟于春雷胡丽丽肖起榕李丹闫平巩马理中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室上海201800 清华大学精密仪器系北京100084 国科大杭州高等研究院浙江杭州310024

同带泵浦是提升单纤输出能力的有效手段。在传统双包层光纤研究的基础上,为了进一步提高涂覆层的耐受性,本课题组制备了适用于同带泵浦的三包层大模场掺镱光纤,使大部分泵浦光束缚在含氟石英层内传输,大大减轻了泵浦光对低折射率涂层的... 详细信息

同带泵浦是提升单纤输出能力的有效手段。在传统双包层光纤研究的基础上,为了进一步提高涂覆层的耐受性,本课题组制备了适用于同带泵浦的三包层大模场掺镱光纤,使大部分泵浦光束缚在含氟石英层内传输,大大减轻了泵浦光对低折射率涂层的冲击。基于所研制的三包层光纤搭建了全光纤化主控振荡功率放大器,实现了9010 W激光输出,激光中心波长为1080 nm,斜率效率为80.5%。三包层光纤的使用对万瓦级以上高功率激光光纤的长期可靠运行具有重要意义。

关键词：光纤光学掺镱光纤三包层光纤同带泵浦主振荡功率放大器

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高功率密度光纤激光元器件传输特性测试系统

激光技术 2009年第5期33卷 459-461,465页

作者：肖起榕田宁黄磊王东生巩马理清华大学精密仪器与机械学系光子与电子研究中心摩擦学国家重点实验室北京100084

为了提高高功率密度下光纤激光元器件传输特性测量精度,采用基于光纤标准测试方法的双光路测量结构,设计了自动光功率比测量系统。对双光路系统的特点进行了理论分析和实验验证。利用固体微晶片激光器作为光源输出,建立了折射率匹配法... 详细信息

为了提高高功率密度下光纤激光元器件传输特性测量精度,采用基于光纤标准测试方法的双光路测量结构,设计了自动光功率比测量系统。对双光路系统的特点进行了理论分析和实验验证。利用固体微晶片激光器作为光源输出,建立了折射率匹配法传输特性测试仪实验装置,对掺镱双包层光纤的传输损耗特性进行了测量。实验中测得35m长掺镱双包层光纤对1064nm光的插入损耗为2.645dB,测得100组数据对应的标准偏差为0.026dB。并在不同的条件下进行了多次重复实验,重复测量误差不超过0.07dB。这一结果对于提高光纤激光元器件测试精度是有帮助的。

关键词：光纤光学传输特性双光路光纤激光元器件插入损耗

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掺铥光纤激光器及其碎石应用:进展与展望

激光与光电子学进展 2023年第15期60卷 86-103页

作者：阳优司李丹吉恩才纪孝峰田兵闫平巩马理肖起榕清华大学精密仪器系光子测控技术教育部重点实验室北京100084 密尔医疗科技(深圳)有限公司广东深圳518000 福建医科大学附属三明第一医院福建福州365000 莱凯医疗器械(北京)有限公司北京101300

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... 详细信息

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。

关键词：激光器掺铥光纤激光器掺铥连续光纤激光器掺铥准连续光纤激光器掺铥纳秒短脉冲激光器掺铥激光碎石

Fiber fuse behavior in kW-level continuous-wave double-clad field laser

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Chinese Physics B 2016年第1期25卷 600-603页

作者：孙骏逸肖起榕李丹王雪娇张海涛巩马理闫平 Center for Photonics and Eleconics Department of Precision InstrumentTsinghua UniversityBeijing 100084China

In this study, original experimental data for fiber fuse in kW-level continuous-wave （CW） high power double-clad fiber （DCF） laser are reported. The propagating velocity of the fuse is 9.68 m/s in a 3.1-kW Yb-doped DCF laser. Three other cases in Yb-doped DCF are also observed. We think that the ignition of fiber fuse is caused by thermal mechanism, and the formation of bullet-shaped tracks is attributed to the optical discharge and temperature gradient. The inducements of initial fuse and formation of bullet-shaped voids are analyzed. This investigation of fiber fuse helps better understand the fiber fuse behavior, in order to avoid the catastrophic destruction caused by fiber fuse in high power fiber laser.

关键词： fiber lasers high power lasers laser damage

Fiber core mode leakage induced by refractive index variation in high-power fiber laser

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Chinese Physics B 2017年第3期26卷 336-343页

作者：闫平王雪娇黄昱升付晨孙骏逸肖起榕李丹巩马理 Center for Photonics and Electronics Department of Precision Instruments Tsinghua University Beijing 100084 China

This paper presents an investigation of specific optical fiber core mode leakage behavior that occurs in high-power double-clad fiber lasers as a result of thermally-induced refractive index variations. A model of the power transfer between the core modes and the cladding modes during thermally-induced refractive index variations is established based on the mode coupling theory. The results of numerical simulations based on actual laser parameters are presented. Experimental measurements were also carried out, the results showed good agreement with the corresponding simulation results.

关键词： double-clad fiber laser and amplifier Core loss cladding mode mode coupling theory

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国产光纤实现同带抽运3000W激光输出

物理学报 2018年第2期67卷 124-130页

作者：王泽晖肖起榕王雪娇衣永青庞璐潘蓉黄昱升田佳丁李丹闫平巩马理清华大学精密仪器系北京100084 中国电子科技集团公司第四十六研究所天津300220

同带抽运是目前实现高功率光纤激光器的有效手段.本文基于同带抽运方式,以国产25/250μm掺镱双包层光纤为增益光纤,构建了全光纤化的主控振荡器功率放大器.实验中采用的国产光纤是中国电子科技集团公司第四十六研究所采用化学气相沉积... 详细信息

同带抽运是目前实现高功率光纤激光器的有效手段.本文基于同带抽运方式,以国产25/250μm掺镱双包层光纤为增益光纤,构建了全光纤化的主控振荡器功率放大器.实验中采用的国产光纤是中国电子科技集团公司第四十六研究所采用化学气相沉积结合气相-液相复合掺杂工艺制备的,其Yb^(3+)离子的分布更均匀,吸收截面更大,吸收系数更高.实验中,在种子光功率为67.8 W、抽运总功率为3511 W的条件下,实现了3079 W的激光输出,斜效率为85.9%,光束质量M^2约为2.14,3dB带宽为1.4nm,这是目前基于国产光纤同带抽运方式实现的最高功率.理论和实验结果表明国产光纤制备技术不断成熟,已经具备承受高功率输出的能力.继续提高抽运功率,优化增益光纤长度,改良散热方式,国产光纤有望实现更高功率的激光输出.

关键词：光纤激光器同带抽运国产光纤高功率