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高功率光纤激光器反常模式不稳定效应实验研究

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中国激光 2024年第6期51卷 1-8页

作者：曾令筏文榆钧王小林王鹏奚小明杨保来张汉伟习锋杰韩凯王泽锋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

模式不稳定是限制当前高功率光纤激光器功率提升的主要因素。在近单模光纤激光器中,一般采用减小光纤弯曲直径的方法增加高阶模损耗、提升模式不稳定阈值;然而,少模光纤激光器中存在多个高阶模式,会导致动态模式不稳定(TMI)阈值随着弯... 详细信息

模式不稳定是限制当前高功率光纤激光器功率提升的主要因素。在近单模光纤激光器中,一般采用减小光纤弯曲直径的方法增加高阶模损耗、提升模式不稳定阈值;然而,少模光纤激光器中存在多个高阶模式,会导致动态模式不稳定(TMI)阈值随着弯曲直径减小而降低的反常模式不稳定现象。基于纤芯/包层直径为30/600μm的双包层掺镱光纤以及具有不同直径的光纤水冷柱,设计了一台后向泵浦的高功率光纤放大器,研究了该激光器中的反常模式不稳定现象。结果表明:当采用中心波长为976 nm的稳波长激光二极管(LD)作为泵浦源时,随着增益光纤弯曲直径由13 cm增加至16 cm,激光器的TMI阈值由1650 W提升至3740 W,提升幅度约为1.27倍,输出激光的相对亮度提升了87%。光纤弯曲直径的增加虽然会带来输出激光光束质量的轻微退化,但输出激光的相对亮度能够大幅提升。最终,结合光纤弯曲以及泵浦波长优化,实现了7.1 kW高亮度光纤激光输出,相对亮度为1293。

关键词：光纤光学光纤放大器反常模式不稳定光纤弯曲泵浦波长优化

高光束质量保持的(6+1)×1泵浦/信号合束器研制

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中国激光 2024年第6期51卷 48-56页

作者：王嘉伟李智贤付敏田鑫饶斌裕陈子伦王泽锋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

研制了一款输入输出均为50μm大芯径信号光纤的高泵浦光耦合效率、高光束质量保持的(6+1)×1反向泵浦/信号合束器。利用仿真软件分析了锥区长度、拉锥比例以及玻璃管折射率对泵浦光耦合效率的影响,纤芯轴向偏移量对信号光传输效率及光... 详细信息

研制了一款输入输出均为50μm大芯径信号光纤的高泵浦光耦合效率、高光束质量保持的(6+1)×1反向泵浦/信号合束器。利用仿真软件分析了锥区长度、拉锥比例以及玻璃管折射率对泵浦光耦合效率的影响,纤芯轴向偏移量对信号光传输效率及光束质量的影响。合束器的制作中,使用半掺氟的薄壁玻璃管提高泵浦臂性能,泵浦耦合效率大于98.5%,无主动制冷情况下温升小于10℃/kW。采用包层腐蚀变径技术保证信号光纤在组束过程中纤芯不变形,并通过光束质量因子反馈对准熔接,实现了高光束质量保持的合束器的研制,光束质量退化比仅为3.4%。在合束器信号光纤尾端制作包层光滤除器并熔接端帽构成一体化器件,应用于单级主振荡功率放大结构的窄线宽激光系统中,实现了4.1 kW近单模输出,拉曼抑制比为40.5 dB。

关键词：泵浦/信号合束器高功率光纤激光光束质量

飞秒激光刻写光纤光栅实现9 kW全光纤振荡器

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中国激光 2024年第5期51卷 269-272页

作者：李昊杨保来饶斌裕叶新宇田鑫王蒙武柏屹赵蓉李智贤陈子伦肖虎马鹏飞王泽锋陈金宝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

光纤光栅(FBG)在高功率光纤振荡器中发挥着重要作用,既可以作为谐振腔腔镜,又可以抑制受激拉曼散射(SRS)效应。使用飞秒激光在芯径为30μm的大模场双包层光纤(LMA-DCF)上刻写了波长为1080 nm的FBG对以及波长为1135 nm的啁啾倾斜光纤光栅... 详细信息

光纤光栅(FBG)在高功率光纤振荡器中发挥着重要作用,既可以作为谐振腔腔镜,又可以抑制受激拉曼散射(SRS)效应。使用飞秒激光在芯径为30μm的大模场双包层光纤(LMA-DCF)上刻写了波长为1080 nm的FBG对以及波长为1135 nm的啁啾倾斜光纤光栅(CTFBG),利用FBG对搭建了全光纤振荡器,并使用CTFBG抑制了SRS,实现了9 kW激光功率输出,斜率效率为83.4%。研究结果有利于推动高功率FBG的研制和高功率光纤振荡器的发展。

关键词：光纤光学飞秒激光光纤振荡器高功率激光器受激拉曼散射光纤光栅

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顾及洋流速度的激光罗经对准方法研究

仪器仪表学报 2023年第7期44卷 152-160页

作者：赵英伟吴宥霖谢梓菡郑佳兴谭文锋国防科技大学前沿交叉学科学院长沙410073 国防科技大学南湖之光实验室长沙410073 国防科技大学气象海洋学院长沙410073

在外阻尼系统中,外速度误差会对罗经对准回路的对准精度产生直接影响。本文结合罗经对准回路的特点,理论推导了不同形式洋流速度误差对对准精度的影响,并进行了仿真研究。由于洋流速度在固定海域满足一定规律,因此可通过提前测绘的方式... 详细信息

在外阻尼系统中,外速度误差会对罗经对准回路的对准精度产生直接影响。本文结合罗经对准回路的特点,理论推导了不同形式洋流速度误差对对准精度的影响,并进行了仿真研究。由于洋流速度在固定海域满足一定规律,因此可通过提前测绘的方式对洋流速度进行建模并用于后续补偿。本文设计了通过GNSS/INS组合导航及测速仪联合测量当地海域洋流速度的方法,并依据测量结果建立了洋流速度模型。在罗经对准过程中,利用建立的洋流速度数学模型对测速仪中包含的洋流速度误差进行补偿。海上实验结果表明,利用建立的洋流速度模型进行速度补偿后,罗经对准系统的水平精度提升了36″,航向精度提升了25″,水平收敛速度提升了25 min,有效提升了罗经对准回路的姿态解算效果。

关键词：罗经对准洋流速度测速仪 GNSS/INS组合导航

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集成二维材料非线性光学特性研究进展

物理学报 2023年第17期72卷 104-120页

作者：刘宁刘肯朱志宏国防科技大学前沿交叉学科学院长沙410073 国防科技大学新型纳米光电信息材料与器件湖南省重点实验室长沙410073 国防科技大学南湖之光实验室长沙410073

全光信号处理中具有优异非线性光学特性的光子平台对于提升器件的集成度、调制速度以及工作带宽等性能参数至关重要.成熟的硅、氧化硅以及氮化硅光子平台由于材料本身中心对称,基于这些平台的集成光子器件可实现的非线性光学功能受限;... 详细信息

全光信号处理中具有优异非线性光学特性的光子平台对于提升器件的集成度、调制速度以及工作带宽等性能参数至关重要.成熟的硅、氧化硅以及氮化硅光子平台由于材料本身中心对称,基于这些平台的集成光子器件可实现的非线性光学功能受限;二维材料尽管有着优异的非线性光学特性,但只有原子层厚,其非线性潜能无法被充分利用.将二维材料与成熟的光子平台集成,在充分利用光子平台成熟加工工艺的基础上,可以显著提高光与二维材料的相互作用,提升光子平台的非线性光学性能.基于以上背景,本文总结了近年来在基于转移方法和直接生长法制备的多种异质集成二维材料光子器件中进行非线性光学特性研究的最新进展;阐述了相较于传统转移方法,基于直接生长方法进行集成二维材料非线性光学研究的优势以及未来需要解决的技术难点;指明了该领域未来的研究发展趋势;并指出直接在各种成熟的光子平台上生长二维材料进行集成非线性光学特性的研究会对未来光通信、信号处理、光传感以及量子技术等领域的发展产生深远影响.

关键词：硅/氮化硅光子平台二维材料光子集成非线性增强材料生长

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基于飞秒激光制备的啁啾倾斜光纤光栅

光学学报 2023年

作者：李昊王蒙武柏屹叶新宇高晨晖饶斌裕田鑫奚小明陈子伦王泽锋陈金宝国防科技大学前沿交叉学科学院国防科技大学南湖之光实验室

啁啾倾斜光纤光栅（CTFBG）在高功率光纤激光器的受激拉曼散射（SRS）抑制中有重要的应用。首次利用飞秒激光在纤芯/包层直径为20/400μm的大模场双包层光纤（LAM-DCF）中刻写了不同角度的CTFBG，最大滤除深度～15dB，最大滤除宽度～8.... 详细信息

啁啾倾斜光纤光栅（CTFBG）在高功率光纤激光器的受激拉曼散射（SRS）抑制中有重要的应用。首次利用飞秒激光在纤芯/包层直径为20/400μm的大模场双包层光纤（LAM-DCF）中刻写了不同角度的CTFBG，最大滤除深度～15dB，最大滤除宽度～8.9nm。飞秒激光刻写CTFBG可以极大缩短制备周期，对推动CTFBG的研制与发展具有重要意义。

关键词：飞秒激光光纤光栅啁啾倾斜光纤光栅

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万瓦级光纤激光双色镜合成技术

物理学报 2023年第18期72卷 266-273页

作者：奚小明杨保来王鹏张汉伟王小林韩凯王泽锋许晓军陈金宝国防科技大学前沿交叉学科学院长沙410073 国防科技大学南湖之光实验室长沙410073 高能激光技术湖南省重点实验室长沙410073

高功率光纤激光具有光束质量好、转换效率高、热管理方便和柔性传输等优势,在工业加工和国防领域具有广泛的应用需求.目前,受限于光纤中的非线性效应和模式不稳定效应,单链路光纤激光器输出功率的提升遇到了巨大挑战.为突破单链路激光... 详细信息

高功率光纤激光具有光束质量好、转换效率高、热管理方便和柔性传输等优势,在工业加工和国防领域具有广泛的应用需求.目前,受限于光纤中的非线性效应和模式不稳定效应,单链路光纤激光器输出功率的提升遇到了巨大挑战.为突破单链路激光功率限制,本文基于双色镜合成技术,利用两路自研近单模宽谱光纤激光放大器实现了10 kW近单模合束激光输出,合成效率约为98.3%,光束质量因子M^(2)约为1.29.为进一步提升功率,采用三路宽谱激光实现了13.52 kW合束激光输出,合成效率约为96.8%,光束质量因子M~2约为1.61.本文首次在实验上验证了双色镜合成技术的对宽谱激光的功率提升潜力和光束质量保持能力,通过增加合成路数以及提高单路激光功率,有望在保持高光束质量的情况下实现更高功率激光输出.

关键词：高功率光纤激光器双色镜色谱合成

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飞秒激光刻写的10kW级啁啾倾斜光纤光栅

中国激光 2023年

作者：李昊陈金宝叶新宇王崇伟王蒙武柏屹肖虎陈子伦王泽锋国防科技大学南湖之光实验室国防科技大学前沿交叉学科学院

啁啾倾斜光纤光栅（CTFBG）是高功率光纤激光系统中抑制受激拉曼散射（SRS）的关键器件。使用飞秒激光刻写在50/400μm光纤上研制了可承受10kW激光功率的CTFBG，这是目前报道的最高功率水平的CTFBG。CTFBG插入损耗为0.1dB，制冷后的功... 详细信息

啁啾倾斜光纤光栅（CTFBG）是高功率光纤激光系统中抑制受激拉曼散射（SRS）的关键器件。使用飞秒激光刻写在50/400μm光纤上研制了可承受10kW激光功率的CTFBG，这是目前报道的最高功率水平的CTFBG。CTFBG插入损耗为0.1dB，制冷后的功率温升系数仅为3.5℃/kW。本文验证了飞秒激光刻写的CTFBG具有优异的功率承受能力，对推动CTFBG的研制与应用具有重要的意义。

关键词：飞秒激光高功率激光器受激拉曼散射光纤光栅啁啾倾斜光纤光栅

1μm波段低量子亏损光纤激光研究进展(特邀)

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红外与激光工程 2023年第6期52卷 237-249页

作者：许将明张扬马小雅叶俊柯延钊李思成梁峻锐何俊鸿黄良金潘志勇姚天甫冷进勇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

量子亏损对高功率光纤激光器内的废热产生和光光转换效率具有重要影响,光纤激光器输出功率的提升过程可以视为不断与量子亏损作斗争的过程。文中梳理了近年来1μm波段低量子亏损光纤激光的重要进展,重点介绍了稀土掺杂增益和拉曼增益两... 详细信息

量子亏损对高功率光纤激光器内的废热产生和光光转换效率具有重要影响,光纤激光器输出功率的提升过程可以视为不断与量子亏损作斗争的过程。文中梳理了近年来1μm波段低量子亏损光纤激光的重要进展,重点介绍了稀土掺杂增益和拉曼增益两种体制的光纤激光器在实现低量子亏损输出方面的相关工作。在稀土掺杂光纤激光器中,采用级联泵浦、多组分掺杂、强泵浦等技术可降低激光器的量子亏损,其中量子亏损≤1%的掺镱光纤激光器已实现400 mW功率输出。在拉曼光纤激光器中,通过采用特殊掺杂、泵浦光谱调控、增益竞争抑制等技术,量子亏损≤1%的拉曼光纤激光器已实现百瓦级功率输出,并成功验证包层泵浦方案的可行性,表明其在实现高功率低量子亏损输出方面具有重要潜力。

关键词：光纤激光器高功率低量子亏损掺镱光纤激光拉曼光纤激光