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及应用技术重点实验室，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
高功率窄线宽光纤激光器在遥感测量、引力波探测、光束合成等领域中应用广泛，但硅基光纤中的受激布里渊散射效应限制了其输出功率。对单频种子源进行相位调制以展宽线宽是常见的抑制受激布里渊散射的方法。然而，单一机理的射频相位调制对受激布里渊散射效应的阈值提升能力有限，已经不能满足近5 kW的激光功率需求。分析了伪随机二进制序列和正弦信号级联的相位调制对光谱展宽和受激布里渊散射效应抑制的影响，搭建了级联相位调制的高功率窄线宽光纤激光器，采用四级功率放大结构，在46 GHz均方根线宽下，实现了4.93 kW激光输出，中心波长为1067.5 nm，斜率效率为78%，光束质量为M2<1.2。
激光器 光纤激光器 受激布里渊散射 相位调制 中国激光
2023, 50(10): 1001005
强激光与粒子束
2023, 35(4): 041009
强激光与粒子束
2023, 35(4): 041002
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 材料科学与光电工程中心，北京 100049
3 哈尔滨工业大学 物理学院，哈尔滨 150006
4 华中科技大学 光学与电子信息学院，武汉 430074
受热效应、光学损伤与非线性效应等因素的限制，单纤的功率提高困难。因此通过光学元件将多束激光进行合束的光束合成技术应运而生。光谱合束方案具有结构简单，合束光束质量好等优点，逐渐成为了合束技术发展的主流。简要介绍了光纤激光光谱合束的几种常见合束方案，对比分析了几种合束技术的优缺点。对光谱合束中存在的光栅热畸变问题，从理论研究和实验研究两个方面进行了针对性的分析与讨论，并对光谱合束未来的发展趋势进行了展望。
强激光与粒子束
2020, 32(12): 121002
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中科院强激光材料重点实验室, 上海 201800
基于掺镱光纤激光放大器理论模型,分析了光纤放大器中掺镱光纤弯曲半径对模式传输损耗的影响以及掺镱光纤长度对系统光-光转换效率的影响。结合实验中采用的掺镱光纤的特点,对掺镱光纤的弯曲半径及光纤长度进行了优化设计。基于主振荡放大结构中,种子光源的输出功率为170 W,光束质量为 M2x=1.10, M2y=1.05;放大器采用双端抽运的方式,使用自研30/600 μm掺镱光纤,最终实现了输出功率为10.14 kW,中心波长为1070.36 nm,3 dB带宽为5.32 nm的全光纤激光输出,光束质量为 M2x=3.12, M2y=3.18。放大级最大光-光转换效率为87.9%,斜率效率为89.2%,输出激光信噪比大于45 dB。
光纤光学 光纤放大器 掺镱光纤 主振荡放大 双端抽运 高效率 中国激光
2020, 47(10): 1006001
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
简要回顾了高功率光纤激光光谱合成的研究进展和现状,介绍了影响合成激光光束质量的外界因素,主要包括合成系统中的元器件及子光源阵列的线宽展宽。现有的理论、实验结果以及中国科学院上海光学精密机械研究所在光谱合成光束质量改进方面的最新研究进展,有助于优化设计光纤激光器光谱合成系统的内置参数,推动高亮度光谱合成技术的进一步发展。
激光光学 光纤激光器 光谱合成 光束质量 密集组束 激光与光电子学进展
2019, 56(4): 040004
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
保持良好光束质量的输出对实际光谱合成系统的构建至关重要。从理论上研究光纤激光阵列指向偏差对合成系统光束特性的影响, 修正了带有指向偏转角激光队列的入射光场, 结合光谱合成的光传输模型和统计学分析, 讨论了合成激光光束质量随均匀分布随机扰动的变化规律。仿真结果表明, 指向偏差对合成系统的输出特性影响显著, 当激光队列的最大偏转角仅为0.05°时, 合成系统的光束质量就会退化到(6.49±1.73)。为实现合成光束亮度的定标放大, 逐步扩展激光队列的阵列规模, 合成系统光束质量的变化会逐渐趋于稳定, 以变化稳定时的阵列规模(30路子光束)作为参考, 拟合M2因子随最大指向偏转角的变化趋势。
光谱合成 光纤激光队列 指向偏差 光束质量 spectral beam combining fiber laser array pointing deviation beam quality 红外与激光工程
2018, 47(1): 0103010
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
光谱合成技术是一种有效的突破单根光纤激光器输出极限, 得到更高亮度的激光输出的方法。介绍了一种外腔振荡式单路光源的光纤激光光谱合成方案, 相比于现行的主振荡功率放大(Master Oscillator Power-Amplifier, MOPA)式单路光源的单光栅合成方案, 具有结构紧凑、阵列规模扩展能力强的优点。对该方案进行建模, 分析了合成系统中不同波长的单路激光光源的位置关系, 并对系统中的光纤排布、转换透镜像差等因素对合成效果的影响进行了仿真计算。搭建实验系统进行了初步的实验验证, 与理论结果能够吻合。对下一代光谱合成系统的构建以及光学元件的选择具有重要的指导意义。
光谱合成 光纤激光 光纤振荡器 衍射光栅 spectral beam combining fiber laser fiber oscillator diffraction grating 红外与激光工程
2018, 47(1): 0103008
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
Author Affiliations
Abstract
1 Shanghai Key Laboratory of All Solid-State Laser and Applied Techniques, Research Center of Space Laser Information Technology, Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800, China
2 Department of Space and Command, Academy of Equipment, Beijing 101416, China
3 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
4 Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430073, China
We report a 307 W 1018 nm Yb-doped fiber laser pumped by a single 976 nm laser diode. The cavity slope efficiency is up to 75.9% and the amplified spontaneous emission is suppressed by 54 dB. The beam quality of the output laser has an M2 factor of 1.17. Effective thermal management is considered to ensure the stable operation of our system. The power stability at the maximum output power level is measured during a period of 0.5 h and the power fluctuation is less than 0.8%. This architecture can be an effective high brightness pump source of core-pumping high-power fiber amplifiers.
140.3510 Lasers, fiber 140.3615 Lasers, ytterbium 140.6810 Thermal effects Chinese Optics Letters
2017, 15(7): 071407
