王鹏 1,2,3孟祥明 1,2,3吴函烁 1,2,3叶云 1,2,3[ ... ]陈金宝 1,2,3,*
1 国防科技大学 前沿交叉学科学院，长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室，长沙 410073
3 国防科技大学 高能激光技术湖南省重点实验室，长沙 410073
半导体激光（LD）泵浦的高功率光纤激光器具有效率高、体积小、重量轻、稳定性好等优点，在工业加工等诸多领域都有着广泛的应用。为了提高泵浦光吸收率，传统光纤激光器常用915 nm和976 nm波段的LD作为激光的泵浦源。在该类LD泵浦的光纤激光器中，由于量子亏损和泵浦吸收系数相对较高，光纤激光器的热致模式不稳定（TMI）阈值相对较低。为了提高量子效率和潜在的TMI阈值，提出采用大于1010 nm波段的LD直接泵浦光纤激光器，产生高量子效率激光。搭建了振荡放大一体化的全光纤激光器，采用总泵浦功率为2.56 kW的1010 nm波段LD泵浦，首次获得输出功率2.05 kW、光束质量M2约1.7的激光。后续将通过进一步增大泵浦功率、优化光纤特性以实现更高功率、更优光束质量的光纤激光输出。
光纤激光器 量子亏损 振荡放大一体化 模式不稳定 fiber laser quantum defect oscillating-amplifying integrated laser transverse mode instability 强激光与粒子束
2024, 36(3): 031001
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
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30/600 μm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。
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
王鹏 1,2,3奚小明 1,2,3孟祥明 1王小林 1,2,3,*[ ... ]陈金宝 1,2,3,**
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
中国激光
2023, 50(21): 2116001
李凤昌 1王鹏 1,2,3王小林 1,2,3,*奚小明 1,2,3[ ... ]陈金宝 1,2,3,*
1 国防科技大学 前沿交叉学科学院，长沙 410073
2 国防科技大学 南湖之光实验室，长沙 410073
3 国防科技大学 高能激光技术湖南省重点实验室，长沙 410073
当前，光纤激光器工作温度范围一般较窄，如果能够扩展激光器的工作温度范围，则有望在更多的环境和领域得到应用。近期，国防科技大学基于风冷结构的光纤耦合半导体激光器（LD）泵浦的全光纤振荡器方案，在−50～50 ℃超宽温范围内实现了1 kW量级的激光输出。通过优化系统设计，有望进一步提升宽温运行激光器的输出功率。
光纤激光器 光纤振荡器 宽温运行 风冷 fiber laser optical fiber oscillator wide temperature operation air cooling 强激光与粒子束
2023, 35(9): 091013
Wunan Li 1,2,3,4Yu Cao 2Yu Ning 1,3,4Fengjie Xi 1,3,4,**[ ... ]Xiaojun Xu 1,3,4,*
Author Affiliations
Abstract
1 College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 School of Mathematics and Physics, Qingdao University of Science & Technology, Qingdao 266061, China
3 Nanhu Laser Laboratory, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
4 State Key Laboratory of Pulsed Power Laser Technology, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
The Shack–Hartmann wavefront sensor (SHWFS) is commonly used for its high speed and precision in adaptive optics. However, its performance is limited in low light conditions, particularly when observing faint objects in astronomical applications. Instead of a pixelated detector, we present a new approach for wavefront sensing using a single-pixel detector, which is able to code the spatial position of a light spot array into the polarization dimension and decode the polarization state in the polar coordinate. We propose validation experiments with simple and complex wavefront distortions to demonstrate our approach as a promising alternative to traditional SHWFS systems, with potential applications in a wide range of fields.
wavefront sensing single-pixel detector vortex retarder polarization centroid polar coordinate Chinese Optics Letters
2023, 21(9): 090008
强激光与粒子束
2023, 35(8): 081003
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
LD泵浦掺镱光纤激光器具有低成本、高效率、高光束质量等优点，在工业、科研、**等领域有着广泛的应用。在大部分实际应用中，由功率和光束质量决定的亮度是影响光纤激光器实际作用性能的核心指标。受到非线性效应（尤其是受激拉曼散射）和模式不稳定效应的限制，当前高亮度掺镱光纤激光器输出功率提升遭遇了明显的技术瓶颈。为了抑制非线性效应和模式不稳定效应，在传统方法的基础上，提出了变纤芯直径光纤和优化泵浦波长等成体系的方法以提升光纤激光器的输出功率；为了有效提高对光纤激光器的设计研发能力，提出并开发了具有自主知识产权的光纤激光仿真软件SeeFiberLaser。首先，介绍了影响宽谱高功率掺镱光纤激光器亮度提升的主要限制因素，给出了各个限制因素的抑制方法；其次，利用自研光纤激光仿真软件SeeFiberLaser对提升光纤激光器功率的方法进行优化设计，并对工业常用的振荡器和高亮度光纤激光放大器进行仿真优化；然后，介绍课题组采用后向泵浦、变纤芯直径光纤和优化泵浦波长等方法提升激光功率，实现的6~10 kW高亮度功率光纤激光器；最后，对更高亮度光纤激光器的技术方案进行讨论和展望，提出了无源器件集成化、增益传能光纤一体化等思路，提出了基于变纤芯直径增益传能一体化光纤和集成化无源器件的新型高功率近单模光纤激光器技术方案。
光纤激光器 非线性效应 模式不稳定 激光亮度 仿真软件 fiber lasers nonlinear effects mode instability laser brightness simulation software 红外与激光工程
2023, 52(6): 20230242
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
中国激光
2022, 49(20): 2016002
1 国防科技大学前沿交叉学科学院, 湖南 长沙 410073
2 中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所, 安徽 合肥 230031
激光系统的发射光和跟踪光波长通常会有所不同, 在近地面开展发射光轴和跟踪光轴的高精度定标时, 需要考虑水平传输路径上的大气蒙气色差。理论分析得到水平大气蒙气色差与大气温度垂直梯度、气压垂直梯度、激光波长及传输距离之间的关系, 进而分析了近地面水平大气蒙气色差带来的光轴定标误差。利用自动气象站测量了不同高度的大气温度和气压, 计算分析表明近地面 1 km 水平大 气对 1 μm 和 5 μm 两个波段可能会造成 3 μrad 的蒙气色差, 引起 约 1.5 μrad 的定标误差。研究表明为减小光轴定标误差, 需监测近地面水平大气蒙气色差, 并选择在大气蒙气色差较小的时刻进行光轴定标。
大气光学 水平蒙气色差 激光系统 光轴定标 atmospheric optics dispersion effect of horizontal atmospheric refrac laser system optical axis calibration
Kun Xie 1,2,3Wenguang Liu 1,2,3,*Qiong Zhou 1,2,3Zongfu Jiang 1,2,3[ ... ]Xiaojun Xu 1,2,3
Author Affiliations
Abstract
1 College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 State Key Laboratory of Pulsed Power Laser Technology, Changsha 410073, China
3 Hunan Provincial Key Laboratory of High Energy Laser Technology, Changsha 410073, China
In this Letter, a novel system for adaptively correcting the phase of a dynamic multimode beam is proposed. While using merely one spatial light modulator, the phase measurement of the first-order diffraction pattern and the correction of the zeroth diffraction order are simultaneously realized. The real-time experimental result is obtained at a control rate of 10 Hz. The power-in-the-bucket value is improved from 38.5% to 61.8%, even with fundamental mode content that is consistently below 30%. To the best of our knowledge, this is the first implementation of real-time adaptive correction of the entire multimode beam.
fiber laser mode decomposition adaptive optics phase correction Chinese Optics Letters
2020, 18(1): 011404
