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。

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。

毛细管式封装光纤布拉格光栅(Fiber Bragg Grating, FBG)工艺会对其温度传感特性产生重要影响, 为了研究其影响机制, 分别采用改性丙烯酸酯和环氧树脂将受预应力的FBG封装在毛细锌管内, 进而利用方便且准确的水浴法进行温度传感试验。结果表明, 与没有进行任何封装工艺的裸光栅相比, 采用封装方法后, FBG的温度灵敏度大幅上升, 分别提高到21.87、35.13 pm/℃, 为裸光栅的2.3、3.6倍, 响应速度无明显变化, 中心波长也具有良好的稳定性。