1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
3 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 前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
光纤激光阵列光束相干合成可在提升输出激光总功率的同时保持良好的光束质量，进而提升激光亮度，是激光技术领域的研究热点。目前光纤激光相干合成实验已在实验室内获得了大量、良好的验证，然而在真实湍流大气环境下的长距离传输实验却开展较少，相干合成技术对湍流大气引入的相位畸变的校正能力尚需实验验证。目标在回路技术是实现长距离湍流大气环境下阵列光束到靶相干合成的重要方案，是近年来国际上的重点研究方向。基于自适应光纤准直器阵列和共形发射系统，搭建了6路光纤激光目标在回路相干合成系统，成功校正了湍流大气带来的相位畸变，实现了公里级作用距离、湍流大气环境下阵列光束在目标表面的相干合成。
相干合成 光纤激光 目标在回路 湍流大气 共形发射 coherent beam combining fiber laser target-in-the-loop turbulent atmosphere conformal projection 红外与激光工程
2019, 48(10): 1005007
国防科技大学前沿交叉学科学院, 湖南 长沙 410073
提出了基于2种新型子孔径形状的填充方案,相较于传统圆形子孔径正六边形排列填充方案,所提方案能获得更高的面积填充占比。通过评估相干合成的远场光束质量,权衡光束截断导致的能量损耗与占空比改善带来的光束质量提升,计算得到最优解。仿真结果表明,相比于圆形子孔径正六边形排列填充方案,所提2种方案能将远场桶中功率占比分别提升9.2%和13.9%。所提孔径填充优化方案对提高光纤激光阵列分孔径相干合成效率具有一定的指导意义。
激光光学 光纤激光阵列 孔径填充 占空比 截断系数 激光与光电子学进展
2019, 56(4): 041401
Author Affiliations
Abstract
1 College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 Hypervelocity Aerodynamics Institute, China Aerodynamics Research and Development Center, Mianyang 621000, China
High-power orbital angular momentum (OAM) beams have distinct advantages in improving capacity and data receiving for free-space optical communication systems at long distances. Utilizing the coherent combination of a beam array technique and helical phase approximation by a piston phase array, we have proposed a generating system for a novel high-power beam carrying OAM, which could overcome the power limitations of a common vortex phase modulator and a single beam. The characteristics of this generating method and the orthogonality of the generated OAM beams with different eigenstates have been theoretically analyzed and verified. Also a high-power OAM beam produced by coherent beam combination (CBC) of a six-element hexagonal fiber amplifier array has been experimentally implemented. Results show that the CBC technique utilized to control the piston phase differences among the array beams has a high efficiency of 96.3%. On the premise of CBC, we have obtained novel vortex beams carrying OAM of $\pm 1$ by applying an additional piston phase array modulation on the corresponding beam array. The experimental results agree approximately with the theoretical analysis. This work could be beneficial to areas that need high-power OAM beams, such as ultra-long distance free-space optical communications, biomedical treatments, and powerful trapping and manipulation under deep potential wells.
orbital angular momentum beams coherent beam combination High Power Laser Science and Engineering
2019, 7(2): 02000e33
1 国防科学技术大学 光电科学与工程学院, 长沙 410073
2 国防科学技术大学 量子信息学科交叉中心, 长沙 410073
3 中国科学院 光电技术研究所, 成都 610209
4 中国科学院 光学工程重点实验室, 成都 610209
基于掺氧化镁的周期性极化铌酸锂(MgO: PPLN)晶体,研究了连续波种子光注入结构的光参量放大器(OPA)。采用重复频率为10 kHz、最大平均输出功率为6 W的1064 nm高频脉冲激光作为抽运源,晶体的极化周期为31.02 μm,在119 ℃工作温度下,将连续分布式反馈激光器(DFB)作为种子注入,在1652.3 nm处得到最大平均功率为125 mW的OPA信号光输出,量子转换效率为7.47％。实验通过改变注入种子光波长,实现了信号光nm级范围的调谐输出。信号光通过10 m外甲烷气池,观察到其光谱强度明显下降,初步验证了信号光在甲烷遥测领域的可行性。与用种子光直接检测相比,信号光强度更高,检测距离及灵敏度均有较大优势。
光参量放大器 周期性极化铌酸锂晶体 准相位匹配 可调谐 甲烷检测 optical parametric amplifier periodically poled lithium niobate quasi-phase-matching tunable methane detection 强激光与粒子束
2017, 29(7): 071004
国防科学技术大学光电科学与工程学院， 湖南 长沙 410073
提出了一种全光纤光程差自适应控制方法，并成功应用于飞秒光纤激光相干偏振合成系统。建立的光程差自适应控制系统以现场可编程门阵列（FPGA）控制电路为硬件基础，基于爬山法设计了有效的控制算法，成功解决了光程差自适应控制与锁相控制相互干扰的问题。实验结果表明，系统可以完全补偿±60λ范围内的光程差漂移，具有良好的连续工作稳定性，可以满足飞秒光纤激光相干偏振合成系统中光程差自适应控制的要求。
光纤光学 飞秒激光 光程差控制 相干偏振合成 爬山法
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
在高功率光纤放大器系统中，受激布里渊散射(SBS)效应由于其较低的阈值特性成为光纤放大器功率提升的首要限制因素。为了提高SBS 阈值，提出了一种基于对入射种子光同时施加相位调制和强度调制抑制SBS 的新方法。建立了光纤激光放大器中的SBS 效应激励模型对该方法进行理论仿真。仿真结果表明，该方法可以在窄线宽激光输出的条件下显著提高光纤激光放大器中的SBS 阈值，在对20 W 入射种子光同时施加100 MHz，10 V 的相位调制和10 MHz，4 ns的强度调制后，放大器输出功率可达1127.4 W，为单频光SBS阈值的18倍。
非线性光学 受激布里渊散射 相位调制 强度调制 光纤放大器
Author Affiliations
Abstract
College of Optoelectric Science and Engineering, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
Propagation properties of high-power fiber laser with high-order-mode (HOM) content are studied numerically for the first time to the best of our knowledge. The effect of HOM on the propagation property is evaluated by the power in the bucket (PIB) metric. It is shown that PIB is mainly dependent on HOM content rather than the relative phase between the fundamental mode and HOM. The PIB in vacuum is more than 80% when the power fraction of the HOM is controlled to be less than 50% at 5 km. The relative phase has an impact on the peak intensity position and concentration of the far-field intensity distribution. If an adaptive optics system is used to correct the peak intensity deviation, the results indicate that there exists a maximal value of PIB as relative phase increases. Such effect is weakened when propagating in turbulence. Compared to the laser beams without HOM, laser beams with HOM content are less influenced by the turbulence and can reduce average intensity fluctuation. The results may be useful in the design of a high-power fiber laser system.
Atmospheric propagation Atmospheric propagation Lasers Lasers fiber fiber Modes Modes Propagation Propagation Photonics Research
2015, 3(4): 04000192
国防科学技术大学光电科学与工程学院，湖南 长沙 410073
受激布里渊散射（SBS）是窄线宽高功率光纤放大器输出功率的主要限制因素。介绍了目前国内外主要的SBS抑制方案及其研究进展，重点介绍了通过相位调制等方法展宽种子激光线宽以及施加温度、应力梯度和声场裁剪等改变布里渊增益谱的SBS 抑制方法。对各种SBS 抑制方案进行了对比和总结，为相关研究提供参考。
散射 受激布里渊散射 相位调制 声场裁剪 啁啾 增益谱 激光与光电子学进展
2015, 52(4): 040003
国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
光抽运中红外气体激光器可以实现高光束质量、高能中红外激光输出，具有高量子效率、气体介质易于流动散热、可定标放大以及结构紧凑等特点，表现出巨大的发展潜力。概述了光抽运中红外气体激光器基本原理，回顾了其发展历史，分析总结了其发展的重点、难点所在，并预测了未来的发展趋势。
激光器 光抽运中红外气体激光器 气体 光纤激光器 激光与光电子学进展
2015, 52(1): 010005
