通过同时抑制受激布里渊散射和自脉冲效应,实现了具有窄线宽和近衍射极限光束质量的高功率、线偏振全光纤放大器,其最高输出激光功率为2.62 kW,光光效率达到了86.7%,光束质量M2、偏振消光比及光谱线宽在放大过程中基本保持不变,M2小于1.3,偏振消光比约为96.3%,3 dB线宽为32 GHz,20 dB二阶矩线宽为30 GHz。2.62 kW是目前报道的窄线宽线偏振全光纤结构激光器能达到的最高输出功率。

窄线宽高功率光纤激光器在相干合成及光谱合成等**与工业领域有着广泛的应用。最近, 中国工程物理研究院应用电子学研究所基于25/400 μm光纤, 采用双端抽运及高功率种子注入等手段控制放大过程中的模式不稳定(MI)效应, 利用基于白噪声源的相位调制技术有效抑制受激布里渊散射和受激拉曼散射, 成功实现了3.5 kW窄线宽光纤激光的放大输出, 实验装置如图1(a)所示。如图1(b)所示, 当主放抽运功率达到3450 W时, 激光器的输出功率为3045 W, 此时回光反射率约为0.01%, 光-光转换效率为77.5%, 未观测到MI效应, 光束质量M2≈1.5。光谱半峰全宽(FWHM)为0.18 nm, 二阶矩线宽均方根(RMS)为0.17 nm。激光输出信噪比大于47 dB, 如图2(a)、(b)所示。激光器在3 kW输出功率下, 连续工作达15 min, 如图2(c)所示, 功率波动峰谷值为1.6%。将种子源线宽继续展宽到0.38 nm, 得到激光器输出的最高功率为3525 W, 光-光转换效率下降至71.5%, M2下降至1.9, 且观测到明显的MI效应。进一步优化放大器结构以提升MI阈值将是后续亟需开展的工作。

基于双多层电介质膜(MLD)光栅色散补偿构型设计的光谱合成激光器(SBC)既实现了多路光纤激光高光束质量共孔径合束输出, 又降低了单路光纤激光的线宽要求, 逐渐成为多纤光谱合成的重要技术途径之一。介绍了基于双MLD光栅光谱合成的基本原理, 简要分析了其涉及的关键技术。回顾了高功率可合成窄线宽光纤激光器、高功率高效率短波长光纤激光器、大色散高衍射效率MLD光栅和高集成度密集组束等主要关键技术的研究进展。介绍了中国工程物理研究院应用电子学研究所在基于双MLD光栅光谱合成关键技术研究方面的最新研究进展。对双MLD光栅光谱合成光源的发展潜力进行了展望。

理论和实验研究了一种基于双多层电介质膜(MLD)光栅色散补偿构型设计的光谱合成激光器，该激光器既实现了多路光纤激光高光束质量共孔径光谱合成输出，也降低了单路光纤激光的线宽要求。优化了该激光器的光束质量退化分析模型，分析了激光波长、光栅色散和光谱结构对光谱合成输出光束质量的影响，实验研究了不同功率水平下的光谱合成输出光束质量变化特性，获得了最大输出功率为9.6 kW的高光束质量共孔径合成输出，光束质量M2为2.9，合成效率达到92.0%。通过进一步压缩每路光纤激光的线宽并提升其功率或增加合成路数，可以获得更高功率和更高光束质量水平的共孔径激光输出。

基于掺镱光纤激光放大器理论模型，分析了掺镱光纤激光放大器中心波长和增益光纤长度等因素对放大发光辐射（ASE）的影响。根据计算结果，优化了1030 nm窄线宽光纤激光放大器设计参数。采用主振荡功率放大结构，搭建了基于窄带种子源一级放大器的实验装置,使用25 μm/400 μm（纤芯直径/包层直径）掺镱光纤实现了中心波长1030 nm、3 dB线宽0.072 nm、最高功率1.01 kW的连续激光输出，光光转换效率为81%，1030 nm激光功率占比大于99%。由理论计算和实验结果可知，经过合理的优化设计，采用商用光纤可实现窄线宽1030 nm光纤激光器高功率、高效率、高信噪比输出。