上海航天技术研究院上海无线电设备研究所，上海 200090
光学相控阵技术通过调节和控制光学天线阵元的相对相位，可实现高速灵活的定向辐射，逐渐发展成为非机械式光束控制的主流方案。其兼具功耗低、集成度高、体积小、质量轻等优点，可以同时控制多波束的收发，满足未来一对多激光通信的迫切发展需求。本文主要针对光学相控阵技术当前三种主流的技术方案在激光通信领域的应用现状进行阐述，对比给出了基于液晶、微机电系统和集成光波导平台的技术特点和应用优劣。最后针对光学相控阵技术在激光通信领域的未来发展，给出了笔者的一些思考与建议。
激光通信 光学相控阵 液晶 微机电系统 集成光波导 激光与光电子学进展
2024, 61(7): 0706003
1 上海无线电设备研究所，上海 201109
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
横模不稳定效应已经逐渐成为引起高功率光纤激光光束质量急剧恶化并限制其输出功率进一步提升的首要瓶颈问题。基于全光纤化正向泵浦的窄线宽高功率放大平台，对大模场光纤激光器中的横模不稳定效应进行了一系列的探索研究。根据耦合模方程的计算结果，所用大模场光纤25/400 μm中LP01、LP11模之间的非线性耦合强度最大，这也直接诱导了横模不稳定效应的发生。为了抑制LP11模在主放大级的产生和放大，通过弯曲限模这种可操作性强的模式滤波技术，将主放增益光纤的弯曲半径从6 cm缩小至5 cm的过程中，高功率光纤激光系统的横模不稳定阈值从1000 W量级提高到了1600 W量级，而且激光器的其他输出性能几乎没有受到影响。这为构建实际的窄线宽高功率全光纤化的激光系统提供了强有力的实验参照。
光纤激光器 横模不稳定 弯曲限模 非线性耦合系数 fiber laser transverse mode instability bending mode nonlinear coupling coefficient 红外与激光工程
2021, 50(1): 20200028
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, 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
赵翔 1,2,3,*郑也 1,2,3柏刚 1,2,3杨依枫 1,2[ ... ]周军 1,2,4,5
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
3 中国科学院大学，北京 100049
4 南京先进激光技术研究院，江苏 南京 210038
5 南京中科神光科技有限公司，江苏 南京 210038
光纤中的非线性效应是限制高功率 光纤激光器发展的重要因素。通过抑制激光器时域的不稳定性(自 脉冲现象)，可以提升非线性效应的阈值。基于全光纤化的谐振 腔引入了简单的光纤珐珀腔，使噪声抖动降至原先的1/3，并实现了自脉冲 抑制的稳定的连续激光输出。这种简单的腔结构保持了较高的 斜率效率(76.5%)，实现了高功率的激光输出(48.7 W泵浦光产 生36.5 W激光)。这种腔结构中的全光纤化谐振腔不仅可以用作稳定的 连续激光运转激光器，而且还可以用作更高功率光纤放大器的种子，用于限 制非线性效应的产生。
掺镱光纤激光器 全光纤化 自脉冲 Yb-doped fibre laser all-fiberized self-pulsing
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
受热损伤和非线性效应等因素的制约，单个光纤激光器的单模输出功率受到限制。将多个光纤激光器的输出通过一定的方式进行光束合成，是实现更高功率激光输出的必然选择。介绍了光谱合成技术的发展历程和研究现状，给出了几类常见光谱合成系统的基本原理、关键要素和优缺点。介绍了中国科学院上海光学精密机械研究所在窄线宽光纤激光及其光谱合成方面的最新进展， 并对高功率光纤激光光谱合成技术的发展前景进行了展望。
激光技术 光纤激光器 光谱合成 衍射光栅
