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7×1中红外光纤合束器的设计、制备与性能

光学学报 2023年第23期43卷 45-52页

作者：黄梓轩王虎祁思胜顾晓南李森森杨安平冯宪田康振杨志勇江苏师范大学物理与电子工程学院江苏省先进激光材料与器件重点实验室江苏徐州221116 中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院强激光材料重点实验室上海201800 光电信息控制和安全技术重点实验室天津300308

中红外光纤合束器可将多个低功率的中红外激光器进行合束,从而实现较高的功率输出。本工作研制了一种7×1硫系玻璃光纤合束器(未熔接输出光纤),评估了其中红外传输特性。该光纤合束器由As_(40)S_(60)/As_(38)S_(62)光纤组束熔融拉锥而成... 详细信息

中红外光纤合束器可将多个低功率的中红外激光器进行合束,从而实现较高的功率输出。本工作研制了一种7×1硫系玻璃光纤合束器(未熔接输出光纤),评估了其中红外传输特性。该光纤合束器由As_(40)S_(60)/As_(38)S_(62)光纤组束熔融拉锥而成,初始光纤的纤芯直径和包层直径分别为200μm和250μm,数值孔径为0.38~0.35(@2~6μm),拉锥比例R为3和4,锥形过渡区长度为2 cm。测试结果表明:当R=3时,制备的光纤合束器在3μm和4.6μm波长的端口传输效率分别为>90%和>87%;当R=4时,制备的光纤合束器在3μm和4.6μm波长的端口传输效率分别为>88%和>85%;光纤合束器输出端的光纤单丝之间未发生明显串扰。

关键词：材料硫系玻璃光纤光纤合束器中红外端口传输效率

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高功率、低损耗光纤合束器的制备与研究

红外与激光工程 2015年第3期44卷 1015-1019页

作者：吴娟李腾龙王岩山冯煜骏马毅张凯孙殷宏张卫中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室四川绵阳621900 中国工程物理研究院应用电子学研究所四川绵阳621900

提出了一种分步式制备端泵浦型光纤合束器的新方法。采用模具、热缩管、细丝对合束光纤进行规则合束与固定,合束后的输入光纤束在拉锥前无须扭转,可形成一整根光纤的形态,从而能够与商业切割刀、熔接机等设备兼容。采取此方法得到的7×... 详细信息

提出了一种分步式制备端泵浦型光纤合束器的新方法。采用模具、热缩管、细丝对合束光纤进行规则合束与固定,合束后的输入光纤束在拉锥前无须扭转,可形成一整根光纤的形态,从而能够与商业切割刀、熔接机等设备兼容。采取此方法得到的7×1型光纤合束器的耐受功率大于1 400 W,泵浦耦合损耗低于0.1 d B。测试和分析了封装后合束器的温度分布,光纤聚合物层温升较大,其限制了合束器耐受功率的提升。

关键词：光纤合束器泵浦耦合效率耐受功率温度分布

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大芯径高功率19×1光纤合束器研制

大芯径高功率19×1光纤合束器研制

作者：张辉国防科技大学

学位级别：硕士

光纤合束器是制作全光纤结构高功率光纤激光器和放大器的关键器件之一,它的性能直接决定了光纤激光的输出功率。自问世以来,端面泵浦结构的光纤合束器以结构简单、耦合效率高、易于封装等优点得到了人们的广泛关注,利用端面泵浦结构的... 详细信息

光纤合束器是制作全光纤结构高功率光纤激光器和放大器的关键器件之一,它的性能直接决定了光纤激光的输出功率。自问世以来,端面泵浦结构的光纤合束器以结构简单、耦合效率高、易于封装等优点得到了人们的广泛关注,利用端面泵浦结构的光纤合束器是目前市面上实现高功率光纤激光的主流形式。论文从端面泵浦方式出发,针对基于拉锥熔融光纤束技术实现的大芯径输入、输出的19×1高功率光纤合束器进行了理论和实验研究。论文的主要内容包括以下几个方面:1.基于波动光学原理,分析了光在光纤中传播的特性,推导了光纤中传光的波动方程,介绍了利用程序得到光纤中精确模场解的步骤,接着讨论了基于光纤拉锥过程引起的光纤中模场分布变化的4个阶段。其次介绍了光纤拉锥工艺的两大基本原则:绝热拉锥与亮度守恒。并利用仿真软件建立了基于扭转法的端面泵浦19×1光纤合束器的模型,分别设置输出光纤尺寸为30/600μm和1000/1100μm。分析了输入光纤束拉锥长度、拉锥后腰区直径以及光纤束扭转角度对于合束器传输效率的影响,并得到两种不同合束器的最佳制作参数。根据合束器19根输入光纤相对位置的不同,选定4根输入光纤设置为路径1-4,利用仿真中得到的优化参数,分别计算了两款光纤合束器输入路径1-4的耦合效率。2.详细介绍了基于扭转法制作的端面泵浦19×1光纤合束器的步骤,基于理论部分得到的合束器结构参数,通过制作多组合束器进行实验测试,得出了多泵浦臂基于扭转法制作合束器的有效方法。针对19根220/242μm输入泵浦光纤组成的大芯径光纤束,优化了其扭转与拉锥工艺;对于30/600μm的双包层光纤和1000/1100μm的多模光纤,探索了大芯径光纤的切割与熔接工艺。同时,重点分析了合束器测试时存在的发热问题,提出改进措施并进行优化。最终,制作了以30/600μm光纤为尾纤的平均耦合效率大于99%的19×1泵浦合束器,当注入功率为1.516k W时,输出功率达到1.506 k W,泵浦光通过效率为99.3%,悬空状态下熔点附近位置最高温度为35.48℃。通过进一步改进工艺,制作了输出尾纤为1000/1100μm的高效率19×1功率合束器,连接4路976 nm LD进行测试,得到1.443 k W的功率输出,耦合效率为99.2%,悬空状态下熔点附近位置最高温度为35.04℃。

关键词：端面泵浦 19×1 大芯径高功率泵浦合束器光纤合束器

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合束泵浦光纤激光器及光纤合束器研究

合束泵浦光纤激光器及光纤合束器研究

作者：杨超华中科技大学

学位级别：硕士

光纤激光器是一种新型固体激光器,其特点是使用双包层掺杂稀土离子光纤作为增益介质。因为光纤本身的特性,使得光纤激光器比其它固体激光器具有明显的优势,如:易于散热,光束质量好,转换效率高,系统灵活可靠等。这些优点使光纤激光器受... 详细信息

光纤激光器是一种新型固体激光器,其特点是使用双包层掺杂稀土离子光纤作为增益介质。因为光纤本身的特性,使得光纤激光器比其它固体激光器具有明显的优势,如:易于散热,光束质量好,转换效率高,系统灵活可靠等。这些优点使光纤激光器受到十分广泛的关注,并成为固体激光发展的主要方向之一。光纤激光器已经广泛进入实际应用,涉及激光加工,军事,光通信和激光理疗等领域,获得了很好的效果。目前为了获得更高功率输出且不破坏光束质量的光纤激光,出现了光纤激光器的相干合束技术。光纤合束器作为能够实现相干合束的无源光器件,具有很好的应用前景。本文主要对光纤激光器的基本原理进行了研究,搭建了光纤激光器实验平台,在实验中对参数进行了测量和分析并进行优化,采用合束泵浦的方式获得了20W的连续激光输出。对于光纤合束器的基本制作工艺进行了初步研究。在合束泵浦光纤激光器实验中,对LD泵浦源进行了有效风冷,将波长漂移控制在915nm附近的最佳范围之内,在多LD合束的情况下光谱宽度为6nm。测试了光纤合束器的基本参数并用于指导实验,并对其进行了冷却处理。采用截断法实际测量了有源光纤的吸收系数,并以此为依据确定实验中光纤的最佳长度为22m。该长度与实验中输出功率的最优长度吻合。同时,实验验证了由于重吸收的存在,激光波长随有源光纤长度增加而增加的关系。利用双透镜系统进行端面耦合调节,在整体实验中获得了以下结果:4×1合束泵浦实验,输出功率10.5W、斜率效率斜65%,整体转换效率为46%;6×1合束泵浦实验,输出功率20.5W、斜率效率斜75%。对熔融拉锥光纤合束器的制作进行了初步的研究,摸索了制作过程的基本工艺。掌握了光纤涂层的有效处理方法,分析了拉锥过程中的各项参数的影响,制作了合束器锥区实验品。

关键词：光纤激光器光纤合束器实验优化有源光纤参数熔融拉锥

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光纤合束器的研制与应用

光纤与电缆及其应用技术 2007年第3期 17-19页

作者：蔡君刘外喜广东技术师范学院电子信息工程系广州510665 广州大学信息与机电工程学院广州510006

光纤合束器是一种先进的将泵浦光耦合进双包层光纤的器件。介绍了这种器件的结构和优点,以及它在大功率光纤激光器和光纤放大器中的应用,并对它的研制过程进行了探讨。

关键词：光纤合束器光纤器件全光纤激光器

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光纤合束器的制作工艺及其应用

光纤与电缆及其应用技术 2009年第4期 27-31页

作者：田国周周雷谢鸿志中国电子科技集团公司第八研究所安徽淮南232001

对光纤合束器的主要制作工艺进行了探讨,并介绍了光纤合束器在高功率全光纤激光器和光纤放大器中的应用。

关键词：光纤合束器泵浦耦合熔融拉锥全光纤激光器

新型光纤合束器实现20 kW高质量激光输出

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中国激光 2022年第20期49卷 191-191页

作者：陈子伦付敏宁禹冷进勇何宇龙王泽锋王小林杨保来习锋杰许晓军国防科技大学前沿交叉学科学院湖南长沙410073 国防科技大学南湖之光实验室湖南长沙410073 国防科技大学高能激光技术湖南省重点实验室湖南长沙410073

光纤功率合束器可将多个中等功率的光纤激光进行功率合成,以获得更高功率的光纤激光输出,是实现高功率光纤激光输出的核心元器件之一。攻克光纤合束器的关键技术,实现更高承载功率和更高光束质量的光纤合束器也是相关领域研究者始终不... 详细信息

光纤功率合束器可将多个中等功率的光纤激光进行功率合成,以获得更高功率的光纤激光输出,是实现高功率光纤激光输出的核心元器件之一。攻克光纤合束器的关键技术,实现更高承载功率和更高光束质量的光纤合束器也是相关领域研究者始终不变的追求目标。国防科技大学前沿交叉学科学院高能激光技术研究所在光纤功率合束器领域深耕多年,分别在2016年和2018年基于自研的7×1光纤功率合束器实现了输出纤芯为50μm(数值孔径NA=0.22)的大于6kW和14kW光纤激光合成输出,光束质量因子(M2)分别为4.34和5.37。

关键词：光纤激光光纤合束器激光输出功率合成数值孔径中等功率光束质量因子国防科技大学

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高功率大芯径环形光斑可调信号合束器的研究

中国激光 2024年第8期51卷 23-31页

作者：万志强杨瑷碧杨光华于珊胡紫晔唐吉龙魏志鹏长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室吉林长春130022 长春理工大学中山研究院广东中山528437 深圳市杰普特光电股份有限公司广东深圳518110

针对传统高功率光纤激光器焊接不稳定、飞溅量大、难以实现精密焊接的问题,设计了一种光斑可调的信号合束器,首次以50μm/70μm/600μm/620μm/660μm大芯径环形双芯光纤作为输出光纤,基于光束非相干合成技术,通过RSoft软件对合束器进... 详细信息

针对传统高功率光纤激光器焊接不稳定、飞溅量大、难以实现精密焊接的问题,设计了一种光斑可调的信号合束器,首次以50μm/70μm/600μm/620μm/660μm大芯径环形双芯光纤作为输出光纤,基于光束非相干合成技术,通过RSoft软件对合束器进行了模拟仿真,分析了其模场变化情况,设计的合束器满足绝热拉锥以及亮度守恒两个原则,调控拉锥比(TR)使其可以实现中心和外环独立工作。采用套管法将7根25μm/250μm光纤耦合到一起形成熔锥光纤束,再将其与输出光纤进行熔接,制成了高功率大芯径环形光斑可调信号合束器。此光纤合束器的传输效率≥98%,中心光束质量因子(M2)仅为1.76,此时中心端口输出功率为3.036 kW。而后对合束器进行了耐环境测试,合束器在低温与高温下表现出的传输特性良好。将该光斑可调的环形光斑信号合束器应用到激光器中,通过调节中心和外环激光功率,可以在任何温度环境下实现超高速焊接,为激光复合焊接提供了一种新途径。

关键词：激光器光纤合束器熔锥光纤束(TFB) 传输效率光束质量环境可靠性

基于光纤拉锥的侧面泵浦合束器及超连续谱研究

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基于光纤拉锥的侧面泵浦合束器及超连续谱研究

作者：雷成敏国防科学技术大学

学位级别：硕士

泵浦/信号合束器是搭建全光纤结构高功率光纤激光器和放大器的关键器件之一。近年来,侧面泵浦合束器因其高信号光通过率及不受限制的泵浦点而备受光纤器件研发人员关注。在众多侧面泵浦合束器制作方案中,采用拉锥-熔合法制作的合束器不... 详细信息

泵浦/信号合束器是搭建全光纤结构高功率光纤激光器和放大器的关键器件之一。近年来,侧面泵浦合束器因其高信号光通过率及不受限制的泵浦点而备受光纤器件研发人员关注。在众多侧面泵浦合束器制作方案中,采用拉锥-熔合法制作的合束器不仅可以获得高泵浦耦合效率,而且可以承载千瓦量级泵浦功率和信号光功率,已成为制备全光纤结构侧面泵浦合束器的常用方法。本文基于拉锥-熔合法开展了侧面泵浦合束器的理论和实验研究;提出了基于拉锥无源光纤拓展掺镱光纤放大器(YDFA)中输出超连续谱光谱范围的方案,并开展了相关实验研究。论文内容主要包括以下几个方面:1.基于几何光学和波动光学原理,研究了单根泵浦光纤拉锥特性,模拟了泵浦光入射角度、拉锥比等因素对泵浦光归一化泄漏位置的影响。结合侧面泵浦合束器的基本光学原理及拉锥-熔合法的制作流程,在合束器仿真模型中首次引入泵浦光纤与信号光纤之间的熔合深度与熔合比例两个参数,并分析了这两个参数及其他结构参数对合束器性能的影响。结果表明:熔合深度的增加使得泵浦耦合效率提升、信号光纤涂覆层热损耗降低的同时,也会带来反向泵浦光隔离度的降低。2.基于拉锥-熔合法制作侧面泵浦合束器的关键技术,制作了泵浦光纤为220/242μm、信号光纤为20/400μm的(2+1)×1结构侧面泵浦合束器,并测试了采用不同拉锥参数时器件的耦合效率随熔合时间的变化情况,实验结果与仿真结果基本吻合。测试了合束器的双臂总耦合效率、信号光涂覆层温度、信号光插入损耗、后向泵浦光隔离度等基本性能参数。结果表明当泵浦功率达到1223 W时耦合效率达到97.2%,信号光插入损耗最大时约为0.11dB。最后,将研制合束器成功应用于千瓦级光纤激光器系统中。3.为了弥补YDFA输出超连续谱难以向短波拓展的不足,提出利用YDFA输出的宽谱光源泵浦拉锥双包层无源光纤产生超连续谱的方案,通过实验验证可成功将YDFA中输出的光谱范围拓展为原来的两倍。搭建YDFA系统(种子光波长为1060 nm),获得了1000 nm-1600 nm、最高平均输出功率为15.9 W的光谱输出,并利用该宽谱光源作为泵浦信号,泵浦级联结构的拉锥双包层无源光纤,最终获得了最大输出功率14.1 W、光谱范围覆盖630 nm-2000 nm的超连续谱。结果表明,拉锥光纤的引入可以获得更短波长色散波与红移孤子的群速度匹配,增强光纤的非线性效应。

关键词：光纤拉锥侧面泵浦光纤合束器光纤激光器超连续谱掺镱光纤放大器