1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室，上海 201800
2 中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室，上海 201800
3 中国科学院大学材料与光电研究中心，北京 100049
中国激光
2022, 49(11): 1116001
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室，上海 201800
2 西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室，陕西 西安 710024
对793 nm、1.6 μm和1.9 μm三种不同泵浦波段下千瓦级掺铥光纤激光器的输出特性开展了数值模拟研究。在1 kW输出功率下，对不同泵浦波段的输出效率和热特性进行了对比分析。结果表明，在793 nm泵浦下，受益于交叉弛豫过程，量子效率可超过100%，但是其整体斜率效率依然不高，导致激光器产热严重，废热与输出功率比达80.8%，光纤端面温度也相对较高。在同带泵浦下，激光器效率得到明显提升，尤其是在1.9 μm同带泵浦下，激光器斜率效率达90%以上，废热也得到显著抑制，使用低掺杂光纤时，增益光纤温度整体在50 ℃以内。对同带泵浦下掺铥光纤激光器的功率提升开展了初步估算和数值模拟，估算表明在同带泵浦下，掺铥光纤激光器的功率提升主要受限于受激布里渊散射、模式不稳定、外包层损伤以及光损伤等四个因素。数值模拟结果表明，同带泵浦下热载显著降低，掺铥光纤激光器的功率提升不会受到模式不稳定的影响，而外包层损伤和受激布里渊散射成为主要的限制因素。对于1.6 μm和1.9 μm同带泵浦，在25 μm芯径尺寸下，激光器最高输出功率可分别达5.9 kW和12.7 kW。
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
基于窄线宽线偏振光纤激光单通倍频方案获得了610 W单模绿光输出,倍频效率达到56.27%,光束质量M2为1.05。这是目前报道的基于单通倍频方案获得数百瓦级连续波绿光激光输出的最高效率,可进一步通过两路绿光偏振合束实现千瓦级高亮度绿光激光输出。
激光光学 倍频 相位匹配 绿光激光 光纤激光 中国激光
2021, 48(13): 1315002
1 上海大学机电工程与自动化学院, 上海 200072
2 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
激光相干偏振合成(CPBC)是获得高亮度线偏振激光输出的有效方法。基于此,提出一种光相位调制技术,将两路光相位差转变为幅度调制,进行光外差偏振相位探测和线性锁相控制,实现了两路同频率激光光束的相干偏振合成。理论上详细分析了光外差偏振相位探测的理论模型和线性锁相控制环路的数学模型,用于优化系统参数。锁相控制后,合成光束的输出功率为352.4 mW,偏振消光比高达17.67 dB,系统的控制带宽约为66.1 kHz,剩余相位噪声为1×10 -4 rad·Hz -1/2(1 Hz)和3×10 -6 rad·Hz -1/2(>100 Hz)。相比于其他CPBC的锁相方法,该方法对偏振消光比以及控制带宽都有明显的提升,有效地抑制了相位噪声。
激光光学 相干偏振光束合成 光外差探测 偏振相位控制 偏振消光比 光学学报
2020, 40(10): 1014002
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
针对高功率强抽运条件下,热光效应及其引起的模式不稳定效应对高功率大模场光纤功率及亮度提升的限制,理论仿真了有源光纤吸收系数变化对光纤热沉积、热致折射率以及光纤数值孔径的影响,分析表明高吸收系数光纤带来更高热负荷密度,在热光效应调制下加剧光纤数值孔径的增大程度,从而降低光纤激光的模式不稳定阈值。在理论研究基础上设计并制备了两款不同抽运吸收系数光纤样品并展开了高功率模式不稳定实验研究。实验结果证明,吸收系数为1.71 dB/m的光纤样品的模式不稳定阈值激光功率约为800 W,吸收系数为1.20 dB/m的光纤样品在输出激光功率达到1700 W时仍未观测到任何模式的不稳定现象,实验结果验证了降低光纤的抽运吸收系数可提升热致模式不稳定阈值的理论分析。该研究结果为设计研制大模场有源光纤,并获得更高功率光纤激光输出提供了一种新颖有效的技术途径。
光纤激光器 增益光纤 模式不稳定 抽运吸收系数 热光效应 中国激光
2019, 46(10): 1001001
1 中国科学院上海光学精密机械研究所上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学材料与光电研究中心, 北京 100049
3 中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室, 上海 201800
基于自主研制的均匀掺杂低热光系数25/400 μm掺镱双包层光纤,开展了全光纤高功率窄线宽光纤激光放大实验。激光系统实现了中心波长为1060.3 nm、线宽为25 GHz、最高功率为2.2 kW的单模激光输出,其斜率效率达78%,光束质量因子M2≈1.2,其功率是目前报道的基于国产25/400 μm掺镱双包层光纤窄线宽放大器单模激光输出的最高功率。
光纤激光 增益光纤 热光系数 单模 窄线宽激光器
1 中国科学院上海光学精密机械研究所 上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海201800
2 中国科学院大学, 北京100049
激光偏振合束是提升窄线宽光纤激光亮度的重要技术, 能实现多路激光的共孔径合束输出, 同时维持较高的光束质量和线偏振态。文中探索和研究了基于线性锁相技术的合束激光偏振控制系统, 详细分析和建立了光零差偏振检测物理模型和线性锁相控制环路的数学模型。利用高精度的光零差技术对合束激光的偏振相位进行检测, 并通过快速实时反馈进行激光锁相, 获得了输出功率为279 mW的线偏振态激光。锁相控制后, 合束激光的偏振消光比达到19.3 dB, 控制带宽高达39.6 kHz, 剩余相位噪声为7×10-4 rad/S(1 Hz)和3×10-4 rad/S。当提高激光输出总功率达1 W时, 偏振消光比维持在~15 dB, 其限制因素在于光功率波动引入的相位噪声和光斑空间模式不匹配。
相干偏振合成 激光锁相 光零差探测 线性反馈控制 偏振消光比 coherent polarization beam combining laser phase locking optical homodyne detection linear feedback control polarization extinction ratio 红外与激光工程
2018, 47(1): 0103007
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京 100049
3 南京先进激光技术研究院, 江苏 南京 210038
4 南京中科神光科技有限公司, 江苏 南京 210038
在基于主振荡放大结构的光纤放大器中, 窄线宽、时域稳定的种子源对抑制非线性效应和获得数千瓦窄线宽的激光输出至关重要。随机光纤激光器基于瑞利散射和拉曼增益, 在时域稳定性上独具优势, 近年来得到了广泛研究。将基于自研光纤光栅搭建的1018 nm光纤激光作为抽运源, 采用半开放腔随机激光形式输出1067.6 nm激光, 并基于窄带光栅滤波和三级放大结构, 实现了42.8 W、10.6 GHz线宽的激光输出, 线宽在放大过程中保持不变, 此光源特别适合作为数千瓦级窄线宽光纤放大器的种子源。
激光器 随机激光 分布反馈 瑞利散射 受激拉曼散射
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Key Laboratory of All Solid-State Laser and Applied Techniques, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Department of Space and Command, Academy of Equipment, Beijing 101416, China
The stimulated Brillouin scattering (SBS) threshold affected by repetition rate and pulse duration in a single-frequency nanosecond pulsed fiber amplifier is studied. The experimental results demonstrate that the SBS threshold can be improved either by reducing the repetition rate or by narrowing the pulse duration; however, the average power may be limited in some cases. Otherwise, two evaluation methods for the SBS threshold in the fiber amplifier are compared and discussed, aiming to obtain a more accurate description for the SBS threshold in our single-frequency amplifier system.
140.3538 Lasers, pulsed 140.3280 Laser amplifiers 060.4370 Nonlinear optics, fibers 190.5890 Scattering, stimulated Chinese Optics Letters
2016, 14(3): 031403
1 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
2 上海市全固态激光器与应用技术重点实验室, 上海 201800
