¹国防科技大学前沿交叉学科学院, 长沙 410073;²高能激光技术湖南省重点实验室, 长沙 410073;³大功率光纤激光湖南省协同创新中心, 长沙 410073

高功率光纤振荡器因具有结构简单、性能稳定、成本低等优点而备受关注。2017年国防科技大学利用自主研发的分布式侧面耦合包层抽运光纤,实现了多级级联分布式侧面抽运光纤振荡器的3 kW量级功率输出,其受激拉曼抑制超过52 dB,验证了多级级联分布式抽运方案在拉曼抑制方面的优势。实验结构示意图及实验结果如图1所示,图1(b)插图为分布式侧面耦合包层抽运光纤横截面示意图。图1(a)中1为抽运纤芯,2为信号纤掺镱纤芯,3为信号纤内包层,4为外包层。

图 1. (a)实验结构示意图;(b)输出功率与注入抽运光功率的关系;(c)最高功率时的光谱图

Fig. 1. (a) Diagram of experimental setup; (b) output power versus input pump power; (c) spectrum at the highest power

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该激光器为一个全光纤振荡器,振荡器谐振腔由3段长度均为10 m的分布式侧面耦合抽运光纤级联组成,信号纤芯、信号纤内包层、抽运纤芯的直径分别为25,250,250 μm。振荡器采用三级级联六端双向抽运的方式,抽运光由976 nm半导体激光器提供,最大抽运功率为4080 W。在最大抽运功率下,振荡器的最高输出功率为2948 W,斜率效率为77.4%,光束质量M²因子约为2.1,未观测到模式不稳定现象,输出光谱的中心波长为1079.94 nm,3 dB带宽为1.28 nm,在信噪比大于52 dB的情况下仍未观测到受激拉曼光谱成分,因而受激拉曼抑制应大于52 dB。

该研究组在分布式侧面抽运光纤的设计、熔接处理和振荡器方案等关键技术上取得了突破。一方面,该研究成果验证了自主研发的分布式侧面耦合包层抽运光纤的功率拓展能力;另一方面,大于52 dB的拉曼抑制不仅意味着该振荡器仍具有较大的功率提升潜力,还为激光的长距离传输提供了条件,这有利于拓展光纤振荡器的应用领域。此外,多级级联分布式侧面抽运方式有利于缓解增益光纤的热管理和抽运光滤除压力,从而有利于振荡器系统的工程化。该成果对于我国高功率光纤激光器技术的发展具有重要意义。

致谢 感谢中国电子科技集团第二十三研究所在光纤拉制方面提供的帮助,感谢国防科技大学陈子伦、冷进勇、奚小明、肖虎、何家威、徐晓勇在实验方面给予的帮助。