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
强激光与粒子束
2024, 36(1): 011001
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
3 国防科技大学高能激光技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
模式不稳定是限制当前高功率光纤激光器功率提升的主要因素。在近单模光纤激光器中，一般采用减小光纤弯曲直径的方法增加高阶模损耗、提升模式不稳定阈值；然而，少模光纤激光器中存在多个高阶模式，会导致动态模式不稳定（TMI）阈值随着弯曲直径减小而降低的反常模式不稳定现象。基于纤芯/包层直径为30/600 μm的双包层掺镱光纤以及具有不同直径的光纤水冷柱，设计了一台后向泵浦的高功率光纤放大器，研究了该激光器中的反常模式不稳定现象。结果表明：当采用中心波长为976 nm的稳波长激光二极管（LD）作为泵浦源时，随着增益光纤弯曲直径由13 cm增加至16 cm，激光器的TMI阈值由1650 W提升至3740 W，提升幅度约为1.27倍，输出激光的相对亮度提升了87%。光纤弯曲直径的增加虽然会带来输出激光光束质量的轻微退化，但输出激光的相对亮度能够大幅提升。最终，结合光纤弯曲以及泵浦波长优化，实现了7.1 kW高亮度光纤激光输出，相对亮度为1293。
光纤光学 光纤放大器 反常模式不稳定 光纤弯曲 泵浦波长优化
国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
从文献引用的视角全面回顾总结了光纤激光相干合成二十余年的研究历程。按照学术发展初期、学术高速发展期、学术发展平缓期和技术发展关键期等4个阶段，分别介绍了光纤激光相干合成的代表性成果，分析并总结了学术水平和影响力较为突出的文献，梳理了光纤激光相干合成从概念提出到实际应用的演进脉络，研判了未来发展趋势。
激光光学 相干合成 光纤激光 研究历程
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
中国激光
2023, 50(21): 2116002
王鹏 1,2,3奚小明 1,2,3孟祥明 1王小林 1,2,3,*[ ... ]陈金宝 1,2,3,**
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
3 国防科技大学高能激光技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
中国激光
2023, 50(21): 2116001
李凤昌 1王鹏 1,2,3王小林 1,2,3,*奚小明 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
当前，光纤激光器工作温度范围一般较窄，如果能够扩展激光器的工作温度范围，则有望在更多的环境和领域得到应用。近期，国防科技大学基于风冷结构的光纤耦合半导体激光器（LD）泵浦的全光纤振荡器方案，在−50～50 ℃超宽温范围内实现了1 kW量级的激光输出。通过优化系统设计，有望进一步提升宽温运行激光器的输出功率。
光纤激光器 光纤振荡器 宽温运行 风冷 fiber laser optical fiber oscillator wide temperature operation air cooling 强激光与粒子束
2023, 35(9): 091013
杨保来 1,2,3王鹏 1,2,3奚小明 1,2,3马鹏飞 1,2,3[ ... ]王泽锋 1,2,3,*
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
3 高能激光技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
综述了近年来公开报道的LD泵浦光纤激光器的研究进展及典型结果，分为光纤激光振荡器、光纤激光放大器和“振荡+放大一体化”激光器3个部分进行介绍。在光纤激光振荡器部分，介绍了空间结构光纤振荡器和全光纤结构光纤振荡器的发展及典型结果；在光纤放大器部分，重点对大于5 kW功率的典型光纤放大器进行介绍；最后，对改进的“振荡+放大一体化”激光器的典型结果及技术优势进行介绍。
掺镱光纤 高功率 光纤激光振荡器 光纤激光放大器 光学学报
2023, 43(17): 1714005
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
3 国防科技大学高能激光技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
简要回顾了高功率掺镱光纤激光器的发展历程，指出宽温运行光纤激光器的需求与应用场景。综述已有关于光纤激光器在变温条件下的研究成果，在高功率光纤激光器的发展中，工作温度对光纤激光器造成的影响将进一步显现。介绍了利用现有光纤器件以及传统光纤激光器设计的宽温运行光纤激光器案例。通过系统设计和结构优化，本课题组已成功实现千瓦级的宽温运行光纤激光器，整机运行温度从常温拓展到-30 ℃。进一步的功率提升和温度范围拓展还需要对光纤激光器工作机理、光纤器件温度特性等方面进行深入研究。此外，展望了宽温运行光纤激光器的发展趋势，研究结果为高功率宽温运行光纤激光器的发展提供了参考。
激光光学 光纤放大器 振荡器 宽温 高功率 光学学报
2023, 43(17): 1714003
