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2 μm超窄线宽光纤激光实现1 kW近衍射极限输出

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强激光与粒子束 2024年第7期36卷 1-3页

作者：刘航王宏宇王佳伟于洋张骞文冯昱骏孙殷宏徐善辉鲁燕华唐淳中国工程物理研究院应用电子学研究所四川绵阳621900 先进激光与高功率微波全国重点实验室四川绵阳621900 华南理工大学光通信材料研究所广州510600 军事航天部队装备部军事代表局驻绵阳地区军事代表室四川绵阳621000 中国工程物理研究院研究生部北京100088

2 μm波段光纤激光广泛应用于生物医学、环境监测、非线性频率转换,以及激光雷达和激光通信领域,备受研究人员关注。然而,该波段的激光器功率提升面临着低量子效率、高热负载和部分非线性效应的限制。基于反转概率调谐序列的高阶相位调... 详细信息

2 μm波段光纤激光广泛应用于生物医学、环境监测、非线性频率转换,以及激光雷达和激光通信领域,备受研究人员关注。然而,该波段的激光器功率提升面临着低量子效率、高热负载和部分非线性效应的限制。基于反转概率调谐序列的高阶相位调制技术以抑制SBS效应、多级链路自动反馈的信号激光时域稳定控制技术以提升SRS阈值,以及光纤基横模纯化技术以控制光束质量,采用两级主放大结构,在1 950 nm波长实现了1 kW窄线宽近衍射极限输出,光光转换效率达55.6%,线宽3.8 GHz,光束质量M~2约1.2,在最高功率时无横向模式不稳定效应。

关键词：光纤激光 MOPA放大掺铥光纤激光器模式不稳定量子亏损

不锈钢光纤激光熔透焊接头微观结构对疲劳性能的影响分析

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焊接技术 2024年第2期53卷 16-20页

作者：徐炳辉张鹏冯旭国能朔黄铁路发展有限责任公司山西原平034100

利用光纤激光器对不锈钢实施熔透焊试验,分析不锈钢光纤激光熔透焊接头微观结构对疲劳性能的影响。通过微观结构分析方法分析不锈钢光纤激光熔透焊接头微观结构对疲劳性能、硬度、拉伸强度的影响规律。试验结果表明:母材的疲劳寿命比焊... 详细信息

利用光纤激光器对不锈钢实施熔透焊试验,分析不锈钢光纤激光熔透焊接头微观结构对疲劳性能的影响。通过微观结构分析方法分析不锈钢光纤激光熔透焊接头微观结构对疲劳性能、硬度、拉伸强度的影响规律。试验结果表明:母材的疲劳寿命比焊接接头的高;在室温腐蚀试验下,循环次数越大焊接接头最大应力荷载下降越明显,腐蚀时间越长,对疲劳性能影响越大;室温疲劳试验中,同等循环次数下,光纤激光熔透焊接头疲劳强度随厚度增大而提高;在瞬断区显微组织对疲劳裂纹扩展断口形貌没有太大影响,母材比焊接接头在疲劳裂纹扩展时更容易出现疲劳条带;焊缝数量可提高焊接接头疲劳性能,在焊缝数量一样时,增加2倍焊缝长度,能够提高疲劳极限,但提升幅度不大;焊缝硬度高于母材的;焊接试样的拉伸测试指标均低于母材的拉伸测试指标。

关键词：不锈钢光纤激光熔透焊接头微观结构疲劳性能

全光纤结构拉曼振荡器实现近1.8 kW激光输出

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红外与激光工程 2024年第5期53卷 268-270页

作者：范晨晨付敏郝修路黄善旻李阳陈子伦冷进勇姚天甫周朴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

拉曼光纤激光器在实现高功率特殊波长激光方面具有独特优势,受到了广泛关注和研究。近年来,随着渐变折射率多模光纤在拉曼激光器中的运用,不仅提高了可注入的泵浦功率,还通过光束净化特性实现了激光亮度增强。

关键词：光纤激光拉曼振荡器受激拉曼散射渐变折射率光纤

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全光纤单频近单模激光首次突破千瓦输出

中国激光 2024年第7期51卷 252-253页

作者：李魏马鹏飞邓宇陈益沙陈琪刘伟肖虎陈子伦司磊周朴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

高功率单频光纤激光器在引力波探测、非线性频率转换、超远距离激光通信等领域具有巨大的应用需求。受激布里渊散射(SBS)效应是单频光纤激光器输出功率提升的主要受限因素。自2013年发现热致模式不稳定(TMI)效应以来,SBS和TMI双重制约... 详细信息

高功率单频光纤激光器在引力波探测、非线性频率转换、超远距离激光通信等领域具有巨大的应用需求。受激布里渊散射(SBS)效应是单频光纤激光器输出功率提升的主要受限因素。自2013年发现热致模式不稳定(TMI)效应以来,SBS和TMI双重制约致使近单模运转的单频光纤激光功率的进一步提升异常困难。经过近20年的发展,研究人员提出了外部应力/温度调控、基于光纤设计的光场/声波场调控等多种策略来抑制SBS和TMI效应,但是单频光纤激光的输出功率迟迟未能突破千瓦量级。

关键词：单频光纤激光器单模激光超远距离光纤激光激光通信模式不稳定非线性频率转换单模运转

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增益开关线偏振单频脉冲光纤激光器

物理学报 2022年第19期71卷 156-163页

作者：张万儒陈思雨粟荣涛姜曼李灿马阎星周朴国防科技大学前沿交叉学科学院长沙410073

报道了一台线偏振单频脉冲光纤激光器.采用全保偏环形腔结构搭建全光纤振荡器,在腔内熔接一段未抽运的保偏掺镱光纤作为饱和吸收体,产生超窄带的动态光栅进行滤波选模,实现了激光器的单频输出.利用976 nm半导体激光器作为抽运源,产生脉... 详细信息

报道了一台线偏振单频脉冲光纤激光器.采用全保偏环形腔结构搭建全光纤振荡器,在腔内熔接一段未抽运的保偏掺镱光纤作为饱和吸收体,产生超窄带的动态光栅进行滤波选模,实现了激光器的单频输出.利用976 nm半导体激光器作为抽运源,产生脉冲加连续的混合抽运激光,实现了重频10—90 kHz、脉宽1—8μs的长脉冲输出.实验研究了抽运功率和重复频率等参数对输出激光的时域、频域和功率特性的影响.实验发现输出激光的频域特性在一定功率范围内存在光学双稳态现象,分析了激光功率特性对动态光栅选模机制的影响.通过参数优化,最终实现了中心波长1064 nm、线宽约23.5 MHz、重频10—90 kHz、脉宽4—8μs、偏振消光比约29 dB的单频脉冲激光输出.

关键词：光纤激光增益开关脉冲激光单频激光

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双端输出近单模准连续全光纤激光器

物理学报 2023年第15期72卷 83-91页

作者：丁欣怡王力曾令筏吴函烁王小林宁禹习锋杰国防科技大学前沿交叉学科学院长沙410073 电子科技大学光电科学与工程学院成都611731 国防科技大学南湖之光实验室长沙410073

准连续光纤激光器在工业领域有着广阔的应用前景,双端输出结构为工业低成本高功率光纤激光器提供了新思路,提出并研究了双端输出准连续光纤激光器.基于稳态速率方程,建立了双端准连续光纤激光振荡器的理论模型,对该类型激光器的输出功... 详细信息

准连续光纤激光器在工业领域有着广阔的应用前景,双端输出结构为工业低成本高功率光纤激光器提供了新思路,提出并研究了双端输出准连续光纤激光器.基于稳态速率方程,建立了双端准连续光纤激光振荡器的理论模型,对该类型激光器的输出功率、时序及非线性效应进行了仿真研究.结果表明:延长泵浦上升时间可以有效抑制弛豫振荡,在脉冲持续时间内获得稳定的输出;双端输出准连续激光器相比单端输出结构,非线性效应累积更小.实验采用纤芯/包层直径为20/400μm的掺镱光纤,首次实现了峰值功率3 kW的双端准连续近单模激光输出,两端峰值功率分别为1218和2220 W,对应光束质量因子M^(2)分别为1.34和1.27,光光转换效率约为60%,脉宽为100μs,重频为1 kHz.验证了双端输出准连续光纤激光器实现高功率、高光束质量输出的可行性,为小体积、低成本、高功率和高亮度的准连续光纤激光器提供了支撑.

关键词：光纤激光准连续双端输出近单模

高速保护气流向对光纤激光深熔焊接羽辉的影响

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焊接学报 2023年第8期44卷 14-20,I0003,I0004页

作者：孔华杨武雄邹江林赵振家北京工业大学高功率及超快激光先进制造实验室北京100124

光纤激光深熔焊接羽辉可分为底部摆动羽辉和类似于激光束聚焦形态的狭长形羽辉.采用6 kW的光纤激光焊接低碳钢,对比研究了旁轴高速保护气流对这两部分羽辉的影响.结果表明,高速保护气流对狭长形羽辉具有明显的抑制效果,但其流向对焊接... 详细信息

光纤激光深熔焊接羽辉可分为底部摆动羽辉和类似于激光束聚焦形态的狭长形羽辉.采用6 kW的光纤激光焊接低碳钢,对比研究了旁轴高速保护气流对这两部分羽辉的影响.结果表明,高速保护气流对狭长形羽辉具有明显的抑制效果,但其流向对焊接过程稳定性的影响则明显不同:气流逆焊接方向时飞溅多、熔深浅、焊缝成形差;气流沿焊接方向时飞溅少、熔深加深、焊缝成形良好,保护气流逆焊接方向时,小孔口前部凸起液柱发生偏折,小孔口缩小、熔池波动更剧烈.进一步分析表明,保护气流逆焊接方向时,小孔口前部凸起液柱向小孔口偏折并堵塞小孔、影响底部摆动羽辉的喷发是致使焊接过程稳定性恶化的主要原因.在光纤激光焊接中,布置保护气时应该考虑其流向对底部摆动羽辉喷发状态的影响.

关键词：光纤激光气流方向焊接缺陷羽辉焊缝表面形态

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匙孔内光纤激光致喷发蒸汽对焊接过程的影响

焊接学报 2023年第5期44卷 20-26,I0004页

作者：孔华赵振家邹江林王紫黄泽泓北京工业大学高功率及超快激光先进制造实验室北京100124

光纤激光深熔焊接羽辉由匙孔内激光致蒸汽喷发所致,对焊接过程存在严重的负面影响.文中通过改变匙孔内激光致蒸汽的喷发特征,研究羽辉对光纤激光深熔焊接过程的影响规律.结果表明,随着焊接速度的提高,沿焊接方向的匙孔口长度逐渐增大,... 详细信息

光纤激光深熔焊接羽辉由匙孔内激光致蒸汽喷发所致,对焊接过程存在严重的负面影响.文中通过改变匙孔内激光致蒸汽的喷发特征,研究羽辉对光纤激光深熔焊接过程的影响规律.结果表明,随着焊接速度的提高,沿焊接方向的匙孔口长度逐渐增大,匙孔前壁的倾斜角则逐渐减小.该现象导致孔内激光致喷发蒸汽的特征发生变化:底部摆动羽辉的喷发方向逐渐沿焊接反方向偏离激光束,狭长形羽辉的高度则逐渐降低直至消失;羽辉对焊接熔深的负面影响也逐渐减小直至消失,但飞溅数量逐渐增多,焊缝表面成形则逐渐恶化.进一步分析表明,匙孔前壁激光致蒸汽的喷发方向变化是底部摆动羽辉的喷发方向和狭长形羽辉高度均发生改变的主要原因;提高焊接速度可降低羽辉对焊接过程的负面影响,但匙孔前壁激光致蒸汽对匙孔后壁的冲击作用将导致孔口沿焊接方向的长度变大、飞溅增多、焊缝表面成形质量变差.创新点:(1)原位观测了不同焊接速度下羽辉和匙孔的形态,获得了底部摆动羽辉、狭长形羽辉随焊接速度的变化规律及其影响焊接过程的规律.(2)基于匙孔内激光致蒸汽喷发方向和匙孔前壁倾斜角度的变化,揭示了底部摆动羽辉和狭长形羽辉形态发生变化的原因.(3)分别揭示了底部摆动羽辉和狭长形羽辉对焊接过程的影响,为光纤激光焊接羽辉的控制及光纤激光焊接技术的优化奠定了基础.

关键词：光纤激光焊接速度羽辉蒸发蒸气熔深

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单频光纤激光技术的研究进展(特邀)

红外与激光工程 2022年第6期51卷 33-46页

作者：李灿周朴马鹏飞姜曼陶悦刘流国防科技大学前沿交叉学科学院湖南长沙410073

单频光纤激光具有单色性好、谱功率密度高等特点,在通信传感、雷达、引力波探测、非线性频率变换等领域有广泛的应用需求。目前单频光纤激光技术正朝着更高功率、更宽波段和更高性能等方向发展,是激光技术领域的研究前沿和热点。文中系... 详细信息

单频光纤激光具有单色性好、谱功率密度高等特点,在通信传感、雷达、引力波探测、非线性频率变换等领域有广泛的应用需求。目前单频光纤激光技术正朝着更高功率、更宽波段和更高性能等方向发展,是激光技术领域的研究前沿和热点。文中系统梳理了近年来单频光纤激光领域取得的重要进展,具体从单频激光实现方式、功率增长、波长拓展以及性能提升等方面对相关标志性工作进行了总结,讨论了单频光纤激光技术当前所面临的挑战,并展望了其未来发展趋势。

关键词：光纤激光单频窄线宽低噪声