高功率光纤激光振荡器系统结构和控制逻辑简单、性能稳定可靠,在工业加工领域有着广泛的应用。2018年以来,光纤振荡器的输出功率得到了极大的提升。基于空间耦合结构,德国Laserline公司于2019年2月报道了输出功率为17 kW的光纤激光振荡器。利用全光纤结构,日本藤仓公司与德国耶拿大学于2018年分别报道了输出功率为5 kW的全光纤振荡器;国内国防科技大学也于2018年1月实现了全光纤激光振荡器5.2 kW的功率输出。由于非线性效应和模式不稳定效应的存在,进一步提升高功率全光纤振荡器的功率面临较大的挑战。2019年9月,国防科技大学综合运用非线性效应和模式不稳定效应抑制技术,使全光纤激光振荡器的输出功率突破6 kW。

突破6 kW的全光纤振荡器实验结构如图1(a)所示。高反射光栅(HRFBG)、低反射光栅(OCFBG)和掺镱光纤(YDF)构成激光谐振腔。光纤光栅中心波长为1080 nm,高反射和低反射光栅的反射率分别约为99%和10%,掺镱光纤的模场面积约为700 μm²,使用两个光纤合束器将单路900 W的915 nm泵浦光耦合注入到谐振腔中。谐振腔输出激光经过包层光滤除器(CLS)后,再经熔接的商用光纤端帽(QBH)输出。在泵浦功率约为9.2 kW时,振荡器输出功率为6.03 kW,光-光转换效率约为65%,如图1(b)所示。最高输出功率的光谱如图1(c)所示,光谱3 dB带宽约为3.5 nm,光谱中拉曼光强度较信号光低约21 dB。输出激光光束质量M²因子约为2.6,典型的远场光斑形态如图1(d)所示。下一步工作将继续优化激光器结构,提升该激光振荡器输出激光的光束质量。

图 1. 全光纤激光振荡器结构及其性能。(a)双端泵浦全光纤振荡器实验结构图;(b)不同泵浦功率时振荡器的输出功率、效率曲线;(c) 6.03 kW输出功率时的光谱;(d)输出激光光斑

Fig. 1. Structure and properties of all fiber laser oscillator. (a) Scheme of dual-end-pumped all-fiber laser oscillator; (b) dependence f output power and efficiency on pump power; (c) optical spectrum at output power of 6.03 kW; (d) beam profile of output laser

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