1 长春理工大学高功率半导体激光国家重点实验室，吉林 长春 130022
2 长春理工大学中山研究院，广东 中山 528437
3 深圳市杰普特光电股份有限公司，广东 深圳 518110
针对传统高功率光纤激光器焊接不稳定、飞溅量大、难以实现精密焊接的问题，设计了一种光斑可调的信号合束器，首次以50 μm/70 μm/600 μm/620 μm/660 μm大芯径环形双芯光纤作为输出光纤，基于光束非相干合成技术，通过RSoft软件对合束器进行了模拟仿真，分析了其模场变化情况，设计的合束器满足绝热拉锥以及亮度守恒两个原则，调控拉锥比（）使其可以实现中心和外环独立工作。采用套管法将7根25 μm/250 μm光纤耦合到一起形成熔锥光纤束，再将其与输出光纤进行熔接，制成了高功率大芯径环形光斑可调信号合束器。此光纤合束器的传输效率≥98%，中心光束质量因子（M2）仅为1.76，此时中心端口输出功率为3.036 kW。而后对合束器进行了耐环境测试，合束器在低温与高温下表现出的传输特性良好。将该光斑可调的环形光斑信号合束器应用到激光器中，通过调节中心和外环激光功率，可以在任何温度环境下实现超高速焊接，为激光复合焊接提供了一种新途径。
激光器 光纤合束器 熔锥光纤束（TFB） 传输效率 光束质量 环境可靠性
光子学报
2023, 52(11): 1106003
1 江苏师范大学物理与电子工程学院江苏省先进激光材料与器件重点实验室，江苏 徐州 221116
2 中国科学院上海光学精密机械研究所中国科学院强激光材料重点实验室，上海 201800
3 光电信息控制和安全技术重点实验室，天津 300308
中红外光纤合束器可将多个低功率的中红外激光器进行合束，从而实现较高的功率输出。本工作研制了一种7×1硫系玻璃光纤合束器（未熔接输出光纤），评估了其中红外传输特性。该光纤合束器由As40S60/As38S62光纤组束熔融拉锥而成，初始光纤的纤芯直径和包层直径分别为200 μm和250 μm，数值孔径为0.38~0.35（@2~6 μm），拉锥比例R为3和4，锥形过渡区长度为2 cm。测试结果表明：当R=3时，制备的光纤合束器在3 μm和4.6 μm波长的端口传输效率分别为>90%和>87%；当R=4时，制备的光纤合束器在3 μm和4.6 μm波长的端口传输效率分别为>88%和>85%；光纤合束器输出端的光纤单丝之间未发生明显串扰。
材料 硫系玻璃光纤 光纤合束器 中红外 端口传输效率 光学学报
2023, 43(23): 2306003
Author Affiliations
Abstract
1 College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 State Key Laboratory of Pulsed Power Laser Technology, Changsha 410073, China
3 Hunan Provincial Key Laboratory of High Energy Laser Technology, Changsha 410073, China
Side pumping combiners are widely used in fiber laser schemes for their high coupling efficiency, low insertion loss, and multi-point pumping capability. However, side pumping combiners perform differently in coupling efficiency when pumping with a laser diode (LD) and a high-brightness 1018 nm Yb-doped fiber laser (YDFL). In this paper, for the first time, to the best of our knowledge, we investigated the different parameters to fabricate the combiner with high coupling efficiency when pumping with an LD and a YDFL, respectively. After optimization, the maximum coupled pump power from one single-pump port of the combiner was 1200 W and 2730 W when pumping with a LD and a YDFL, respectively.
side pumping fiber laser fiber combiner Chinese Optics Letters
2022, 20(2): 021401
合肥工业大学光电技术研究院, 安徽 合肥 230009
以波长分别为633 nm和1319 nm的激光为例研究了激光耦合共焦系统。 为满足两种波长的激光合束聚焦后的会聚角小于10°的设计要求, 提出了两种解决思路:一是用反射镜和二向色镜 使双波长激光实现共光路,然后经离轴抛物面反射实现共焦;二是用透镜组耦合的方法把双波长激光分别耦合进二 合一合束器,合束器采用单模光纤,其芯径为9 μm, 数值孔径(NA)为0.14, 根据光纤和激光器参数设计耦合透镜组。 综合考虑采用第二种方法进行实验,给出实验方法及测量结果,并计算出两种波长激光各自的耦合效率。实验结果 表明:光纤耦合器耦合法能实现双波长激光合束,并且耦合效率较高,输入波长为633 nm、1319 nm时系统的耦合效率分别大于40%、30%, 实验结果满足设计要求,达到了预期效果。
激光技术 双波长激光耦合共焦 透镜耦合法 耦合效率 合束器 laser technology dual-wavelength laser coupled confocal lens coupling method coupling efficiency fiber combiner
Author Affiliations
Abstract
1 College of Advanced Interdisciplinary Studies
,
National University of Defense Technology
,
Changsha 410073
,
China
2 Hunan Provincial Key Laboratory of High Energy Laser Technology
,
National University of Defense Technology
,
Changsha 410073
,
China
3 Hunan Provincial Collaborative Innovation Center of High Power Fiber Laser
,
National University of Defense Technology
,
Changsha 410073
,
China
Compared with end pumping fiber combiner, one of the advantages for side pumping combiner is the unlimited pumping points, which means multi-point or cascaded side pumping can be realized. However, the loss mechanism of the cascaded structure is rarely discussed. In this paper, we present the numerical and experimental investigation about the loss mechanism of a two-stage-cascaded side pumping combiner based on tapered-fused technique. The influence of loss mechanism on the coupling efficiency and thermal load of the fiber coating is analyzed according to simulations and experiments with different tapering ratios for the first stage. Based on the analysis, a cascaded component with total pump coupling efficiency of 96.4% handling a pump power of 1088 W is achieved by employing 1018 nm fiber laser as the pump source. Future work to further improve the performance of a cascaded side pumping combiner is discussed and prospected.
fiber combiner fiber laser side pumping High Power Laser Science and Engineering
2018, 6(4): 04000e56
1 国防科技大学 前沿交叉学科学院, 长沙 410073
2 高能激光技术湖南省重点实验室, 长沙 410073
3 大功率光纤激光湖南省协同创新中心, 长沙 410073
光纤激光同带抽运方案具有泵浦亮度高、量子亏损小等优势, 有着巨大的功率提升潜力, 是近年来国际上的研究热点。1018 nm光纤激光可作为高功率掺镱光纤激光器的高效同带抽运源, 但是单个1018 nm光纤激光器输出功率有限, 光束合成是突破这一局限的重要方案。基于19台单模1018 nm光纤激光器和一个19×1光纤功率合束器, 搭建了一套全光纤结构激光合成系统, 实现了5 kW的1018 nm合成激光输出。
光纤激光器 光纤合束器 激光合成 fiber laser fiber combiner laser combining 强激光与粒子束
2017, 29(12): 120101
1 国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
2 高能激光技术湖南省重点实验室, 湖南 长沙 410073
3 大功率光纤激光湖南省协同创新中心, 湖南 长沙 410073
基于拉锥-熔合法研制了一种高功率全光纤(2+1)×1侧面抽运合束器。利用仿真软件建立理论模型，计算了合束器耦合效率，并制备出这种侧面抽运合束器。经测试，该合束器在抽运功率为600 W时，两抽运臂的耦合效率分别为98.2%和96.3%，信号光插入损耗约为0.11 dB。利用该合束器搭建了千瓦级光纤激光放大器,双向抽运光功率达到1.8 kW时,在1080 nm处获得的激光输出功率为1.426 kW。
激光物理 光纤合束器 光纤激光器 侧面抽运 光纤拉锥
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院超快激光研究室， 光电信息技术教育部重点实验室， 天津 300072
2 西安中科汇纤光电科技有限公司， 陕西 西安 710119
利用普通大模场面积掺镱保偏双包层光纤作为增益介质，采用啁啾脉冲放大技术搭建了全保偏光纤飞秒激光放大系统。由于全保偏光纤结构，系统具有较高的集成度和长期稳定性。将系统中积累的三阶色散与放大过程中引入的非线性啁啾相互补偿，通过控制展宽光纤的长度，优化了压缩后脉冲质量和宽度。同时分析了周期性光谱调制对放大输出的影响，通过优化保偏（2+1）×1光纤合束器的制作工艺，解决了其引起的周期性光谱调制问题，最终获得重复频率为111 MHz，压缩后输出平均功率为9 W，对应脉宽为260 fs，单脉冲能量为81 nJ，保偏比为13 dB的高质量飞秒激光脉冲输出。
激光光学 保偏光纤合束器 周期性光谱调制 啁啾脉冲放大 光纤飞秒激光放大系统
1 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室，四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院应用电子学研究所，四川 绵阳 621900
提出了一种分步式制备端泵浦型光纤合束器的新方法。采用模具、热缩管、细丝对合束光纤进行规则合束与固定，合束后的输入光纤束在拉锥前无须扭转，可形成一整根光纤的形态，从而能够与商业切割刀、熔接机等设备兼容。采取此方法得到的7×1型光纤合束器的耐受功率大于1 400 W，泵浦耦合损耗低于0.1 dB。测试和分析了封装后合束器的温度分布，光纤聚合物层温升较大，其限制了合束器耐受功率的提升。
光纤合束器 泵浦耦合效率 耐受功率 温度分布 fiber combiner pump coupling efficiency endurable power temperature distribution
