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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

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

3.5 kW 1050 nm近单模全光纤激光放大器

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光学学报 2023年第17期43卷 94-101页

作者：孟祥明杨保来奚小明王鹏史尘张汉伟王小林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

基于后向泵浦结构搭建了1050 nm光纤激光放大器,将20/400μm的双包层大模场掺镱光纤作为增益光纤,采用976 nm稳波长半导体激光器作为泵浦源。通过优化增益光纤长度,对短波长光纤放大器中的放大自发辐射效应进行抑制。采取优化种子时序... 详细信息

基于后向泵浦结构搭建了1050 nm光纤激光放大器,将20/400μm的双包层大模场掺镱光纤作为增益光纤,采用976 nm稳波长半导体激光器作为泵浦源。通过优化增益光纤长度,对短波长光纤放大器中的放大自发辐射效应进行抑制。采取优化种子时序稳定性的方法提升受激拉曼散射效应的阈值,实现了最高3.5 kW的功率输出。在最高输出功率下:输出激光在X方向和Y方向的光束质量因子分别约为1.33和1.25,此时的3 dB带宽为4.07 nm,光光转换效率为86.3%;时域信号稳定,没有出现模式不稳定现象。

关键词：激光器光纤放大器放大自发辐射受激拉曼散射高功率近单模

高功率可见光至近红外波段超连续谱光源研究进展

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光学学报 2023年第17期43卷 227-241页

作者：江丽宋锐侯静陈胜平张斌杨林永宋家鑫杨未强韩凯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

高功率可见光至近红外波段的超连续谱光源在光电对抗、光学相干层析成像和高光谱激光雷达等方面具有广泛的应用前景。最近几年,涌现了一些用于产生高功率超连续谱光源的新方法,推动了高功率超连续谱光源的进一步发展。本文从主振荡功率... 详细信息

高功率可见光至近红外波段的超连续谱光源在光电对抗、光学相干层析成像和高光谱激光雷达等方面具有广泛的应用前景。最近几年,涌现了一些用于产生高功率超连续谱光源的新方法,推动了高功率超连续谱光源的进一步发展。本文从主振荡功率放大结构、随机光纤激光器结构以及多路非相干合成这三种用于高功率超连续谱产生的主流方案出发,着重介绍了近年来有代表性的高功率可见光至近红外波段超连续谱光源的研究进展,并综合分析了这三种方案的优缺点以及未来的发展潜力。

关键词：非线性光学高功率光纤超连续谱渐变折射率多模光纤光子晶体光纤随机光纤激光器多路非相干合成

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拉曼光纤激光功率提升及波长拓展研究进展(特邀)

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中国激光 2024年第19期51卷 174-192页

作者：姚天甫范晨晨郝修路李阳黄善旻张汉伟许将明叶俊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

受激拉曼散射是高功率光纤激光研究者“又爱又恨”的“老朋友”,一方面它限制了稀土掺杂光纤激光的功率提升,另一方面它是能够产生新波长高功率激光的“潜力股”。伴随着光纤和半导体技术的飞速发展,基于受激拉曼散射的拉曼光纤激光也... 详细信息

受激拉曼散射是高功率光纤激光研究者“又爱又恨”的“老朋友”,一方面它限制了稀土掺杂光纤激光的功率提升,另一方面它是能够产生新波长高功率激光的“潜力股”。伴随着光纤和半导体技术的飞速发展,基于受激拉曼散射的拉曼光纤激光也迎来了历史机遇期,不仅单一波长输出功率突破10 kW,各个新型波段的功率也均得到显著提升,充分展现出受激拉曼散射技术在波长拓展方面的巨大潜力。从功率提升和波长拓展两个方面,主要对近红外拉曼光纤连续激光的研究进展进行了总结,梳理出其独特的增益、模式以及非线性综合调控技术路径,以期为高功率光纤激光的进一步发展提供参考和借鉴。

关键词：受激拉曼散射光纤激光功率提升波长拓展非线性效应

高功率光纤激光的光束合成:进展、动向与展望(特邀)

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中国激光 2024年第19期51卷 37-52页

作者：周朴粟荣涛李灿马阎星张雨秋李俊吴坚王小林冷进勇国防科技大学前沿交叉学科学院湖南长沙410073 国防科技大学高能激光技术湖南省重点实验室湖南长沙410073 国防科技大学南湖之光实验室湖南长沙410073

光束合成是突破单纤激光功率输出极限、获得更高功率激光输出的有效技术方案。近年来,功率合成、光谱合成、相干合成等多种类型的光束合成均取得突破性进展,输出功率与单纤最高功率值相比,均实现了量级上的提升。多种光束合成类型的复... 详细信息

光束合成是突破单纤激光功率输出极限、获得更高功率激光输出的有效技术方案。近年来,功率合成、光谱合成、相干合成等多种类型的光束合成均取得突破性进展,输出功率与单纤最高功率值相比,均实现了量级上的提升。多种光束合成类型的复合应用,有望进一步提升激光功率、压缩激光脉宽,实现更高性能的激光系统。为此分析高功率光纤激光光束合成的最新研究进展,提炼研究动向,概括研究特点,对未来更多类型光束合成系统研发面临的挑战和关键技术进行分析与展望。

关键词：光纤激光高功率光束合成功率合成光谱合成相干合成复合合成人工智能

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光纤激光宽温度范围运行研究进展

光学学报 2023年第17期43卷 117-128页

作者：吴金明李凤昌王鹏张汉伟奚小明杨保来王小林韩凯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 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

简要回顾了高功率掺镱光纤激光器的发展历程,指出宽温运行光纤激光器的需求与应用场景。综述已有关于光纤激光器在变温条件下的研究成果,在高功率光纤激光器的发展中,工作温度对光纤激光器造成的影响将进一步显现。介绍了利用现有光纤... 详细信息

简要回顾了高功率掺镱光纤激光器的发展历程,指出宽温运行光纤激光器的需求与应用场景。综述已有关于光纤激光器在变温条件下的研究成果,在高功率光纤激光器的发展中,工作温度对光纤激光器造成的影响将进一步显现。介绍了利用现有光纤器件以及传统光纤激光器设计的宽温运行光纤激光器案例。通过系统设计和结构优化,本课题组已成功实现千瓦级的宽温运行光纤激光器,整机运行温度从常温拓展到-30℃。进一步的功率提升和温度范围拓展还需要对光纤激光器工作机理、光纤器件温度特性等方面进行深入研究。此外,展望了宽温运行光纤激光器的发展趋势,研究结果为高功率宽温运行光纤激光器的发展提供了参考。

关键词：激光光学光纤放大器振荡器宽温高功率

基于光子灯笼的全光纤空间模式生成与自适应控制

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光学学报 2023年第17期43卷 31-45页

作者：姜宗福陆瑶刘文广周琼姜曼陈子伦张汉伟刘鹏飞张江彬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

光子灯笼是一种将单模光纤和多模光纤的优势特点相结合的新型光子器件,在天文光子学、光纤通信模分复用、光纤激光模式控制等领域具有重要应用。本文主要介绍了光子灯笼的结构与模式演化理论,以及光子灯笼的制备与工艺,并基于光子灯笼... 详细信息

光子灯笼是一种将单模光纤和多模光纤的优势特点相结合的新型光子器件,在天文光子学、光纤通信模分复用、光纤激光模式控制等领域具有重要应用。本文主要介绍了光子灯笼的结构与模式演化理论,以及光子灯笼的制备与工艺,并基于光子灯笼的模式自适应控制,介绍了光子灯笼在高功率、大模场增益光纤激光放大器中抑制模式不稳定效应的应用,以及光子灯笼在大模场光纤中产生新型光束(如涡旋光束)的应用。

关键词：光纤激光模式光子灯笼自适应光学

中红外侧面泵浦合束器及全光纤超荧光光源的研制(特邀)

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红外与激光工程 2023年第5期52卷 54-61页

作者：朱晰然张斌陈子伦赵得胜杨林永侯静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

中红外超荧光光源具有光谱范围宽、空间相干性好、时域稳定性高等特点,应用前景广泛,但受限于中红外侧面泵浦合束器,目前普遍利用空间结构泵浦产生。文中根据拉锥光纤侧面耦合的原理,在125μm包层直径的无源双包层氟化物光纤上实现了中... 详细信息

中红外超荧光光源具有光谱范围宽、空间相干性好、时域稳定性高等特点,应用前景广泛,但受限于中红外侧面泵浦合束器,目前普遍利用空间结构泵浦产生。文中根据拉锥光纤侧面耦合的原理,在125μm包层直径的无源双包层氟化物光纤上实现了中红外光纤侧面泵浦合束器的研制,该合束器泵浦光耦合效率达82.3%,可承受的最大泵浦功率达87.5 W。通过在中红外增益光纤上制得侧面泵浦合束器,实现了全光纤中红外超荧光光源产生,前后向输出的中红外超荧光最高功率和为91.09 mW(后向输出53.67 mW,前向输出37.42 mW),输出光谱范围从2702 nm覆盖至2830 nm。在中红外超荧光总输出功率为33.03 mW时,获得了108 nm的最宽20 dB带宽。文中实现的中红外全光纤超荧光光源克服了以往空间泵浦复杂度高、调节难的问题,对推动中红外超荧光光源的进一步功率放大具有重要意义。

关键词：中红外光纤光源超荧光光源侧面泵浦合束器氟化物光纤