Author Affiliations
Abstract
1 College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 Nanhu Laser Laboratory, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
3 Hunan Provincial Key Laboratory of High Energy Laser Technology, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
A low-numerical-aperture (NA) concept enables large-mode-area fiber with better single-mode operation ability, which is beneficial for transverse mode instability and nonlinear effects suppression. In this contribution, we reported a high-power fiber amplifier based on a piece of self-developed large-mode-area low-NA fiber with a core NA of 0.049 and a core/inner cladding diameter of 25/400 µm. The influence of the pump wavelength and fiber length on the power scaling potential of the fiber amplifier is systematically investigated. As a result, an output of 4.80 kW and a beam quality factor of ∼1.33 were finally obtained, which is the highest output power ever reported in a fiber amplifier exploiting the low-NA fiber. The results reveal that low-NA fibers have superiority in power scaling and beam quality maintenance at high power levels.
high power fiber lasers ytterbium-doped fiber low-numerical-aperture fiber mode instability Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 041404
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
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
红外与激光工程
2022, 51(10): 20220596
强激光与粒子束
2022, 34(8): 081001
1 国防科技大学 前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 脉冲功率激光技术国家重点实验室，湖南 长沙 410073
3 高能激光技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
一般认为，光纤激光器模式不稳定效应主要来自于泵浦源量子亏损和增益光纤泵浦吸收所产生的热效应。理论分析了光纤中的热源，发现诱发模式不稳定的热效应主要来源于泵浦吸收、其次是量子亏损；利用课题组开发的仿真软件SeeFiberLaser对该结论进行仿真。仿真结果表明：泵浦吸收系数越低，光纤中的最高温度和温度梯度越低，越有利于抑制热致折射率光栅的形成，提高模式不稳定阈值。搭建了纤芯/包层直径为30/400 μm的前向泵浦掺镱光纤激光振荡器，对比研究了中心波长为976 nm 、915 nm和940 nm的泵浦源泵浦时激光器的模式不稳定阈值特性。结果表明，分别采用中心波长为976 nm 、915 nm和940 nm 的半导体激光器作为泵浦源时，激光器模式不稳定阈值分别为279 W、502 W和697 W，光光转化效率分别为67.7%、61%和63%。由此可以发现，泵浦吸收系数对模式不稳定阈值的影响大于量子亏损对模式不稳定阈值的影响，通过改变泵浦波长降低泵浦吸收系数可以有效提升模式不稳定阈值。优化泵浦波长，兼顾量子效率和泵浦吸收系数，是光纤激光器实现高光束质量高模式不稳定阈值的重要技术路线之一。
光纤激光器 模式不稳定 热效应 泵浦吸收系数 fiber laser transverse mode instability thermal effect pump absorption coefficient 红外与激光工程
2022, 51(4): 20210256
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 脉冲功率激光技术国家重点实验室，湖南 长沙 410073
3 高能激光技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
啁啾倾斜光纤光栅(CTFBG)在高功率光纤激光受激拉曼散射抑制中有重要的应用。在25 μm/400 μm光纤上研制了可承受4.35 kW激光功率的CTFBG，这是目前国内外已报道的最高功率水平。CTFBG的插入损耗小于0.3 dB，最高功率下的温升仅为7.5 ℃，温升系数约为1.72 ℃/kW，表明其具有承受更高激光功率的能力。
激光器 光纤激光器 受激拉曼散射 光纤光栅 啁啾倾斜光纤光栅
强激光与粒子束
2021, 33(2): 021001
1 国防科技大学前沿交叉学科学院, 湖南长沙 410073
2 华中科技大学武汉光电国家研究中心, 湖北武汉 430074
中国激光
2020, 47(12): 1216001
国防科技大学前沿交叉学科学院, 湖南 长沙 410073
