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,*
作者单位
摘要
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
曾令筏 1文榆钧 1王小林 1,2,3,*王鹏 1,2,3[ ... ]许晓军 1,2,3
作者单位
摘要
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 
中国激光
2024, 51(6): 0601001
李瑞显 1王崇伟 1,2叶俊 1,2,3肖虎 1,2,3,*[ ... ]周朴 1,**
作者单位
摘要
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
由于自激振荡的限制,单级超荧光光纤光源的功率提升十分困难,目前仅达到百瓦量级。基于主振荡功率放大(MOPA)方案,使用1018 nm光纤激光级联泵浦1080 nm波段的超荧光,实现了6.2 kW高功率输出。最高功率下的光光转换效率为81.5%,没有出现横模不稳定(TMI),功率提升受限于受激拉曼散射(SRS)。
光纤光学 超荧光光源 高功率 级联泵浦 受激拉曼散射 横模不稳定 
中国激光
2023, 50(22): 2215001
刘佳琪 1曾令筏 1史尘 1,2,3吴函烁 1,2,3[ ... ]习锋杰 1,2,3,*
作者单位
摘要
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
双端输出光纤激光振荡器可以通过一个单谐振腔结构实现两路激光输出,能够减少高功率光纤激光系统的体积和成本,在工业领域有着很好的应用前景。基于双端泵浦谐振腔结构,采用稳波长981 nm光纤耦合半导体激光器(LD)泵浦纤芯/包层直径为30/400 µm的双包层掺镱光纤,首次实现了总功率大于8 kW的双端输出光纤激光振荡器。在总最高泵浦功率为10.951 kW时,A端输出功率为3769 W,B端输出功率为4400 W,总功率为8169 W,激光器光-光转换效率74.6%,A、B端激光光束质量M2因子分别约2.13和2.36。在最高输出功率时,两端输出激光中均未观察到动态模式不稳定效应(TMI)和受激拉曼散射(SRS),通过进一步增加泵浦功率,有望实现更高功率的激光输出。
光纤激光器 双端输出光纤激光振荡器 受激拉曼散射 模式不稳定效应 光纤盘绕 fiber laser bidirectional output fiber laser stimulated Raman scattering transverse mode instability fiber coiling 
强激光与粒子束
2023, 35(8): 081003
Jiexi Zuo 1,2,3,4Haijuan Yu 1,2,3,4Shuzhen Zou 1,4Zhiyong Dong 1,4[ ... ]Xuechun Lin 1,2,3,4,*
Author Affiliations
Abstract
1 Laboratory of All-Solid-State Light Sources, Institute of Semiconductors, Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
2 Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
3 College of Materials Science and Opto-Electronic Technology, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing, China
4 Beijing Engineering Technology Research Center of All-Solid-State Lasers Advanced Manufacturing, Beijing, China
Achieving an all-fiber ultra-fast system with above kW average power and mJ pulse energy is extremely challenging. This paper demonstrated a picosecond monolithic master oscillator power amplifier system at a 25 MHz repetition frequency with an average power of approximately 1.2 kW, a pulse energy of approximately 48 μJ and a peak power of approximately 0.45 MW. The nonlinear effects were suppressed by adopting a dispersion stretched seed pulse (with a narrow linewidth of 0.052 nm) and a multi-mode master amplifier with an extra-large mode area; then an ultimate narrow bandwidth of 1.32 nm and a moderately broadened pulse of approximately 107 ps were achieved. Meanwhile, the great spatio-temporal stability was verified experimentally, and no sign of transverse mode instability appeared even at the maximum output power. The system has shown great power and energy capability with a sacrificed beam propagation product of 5.28 mm $\cdot$ mrad. In addition, further scaling of the peak power and pulse energy can be achieved by employing a lower repetition and a conventional compressor.
fiber laser nonlinear optics picosecond pulse transverse mode instability 
High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(2): 02000e22
Author Affiliations
Abstract
College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha, China
In this work, a confined-doped fiber with the core/inner-cladding diameter of 40/250 μm and a relative doping ratio of 0.75 is fabricated through a modified chemical vapor deposition method combined with the chelate gas deposition technique, and subsequently applied in a tandem-pumped fiber amplifier for high-power operation and transverse mode instability (TMI) mitigation. Notably, the impacts of the seed laser power and mode purity are preliminarily investigated through comparative experiments. It is found that the TMI threshold could be significantly affected by the seed laser mode purity. The possible mechanism behind this phenomenon is proposed and revealed through comprehensive comparative experiments and theoretical analysis. Finally, a maximum output power of 7.49 kW is obtained with the beam quality factor of approximately 1.83, which is the highest output power ever reported in a forward tandem-pumped confined-doped fiber amplifier. This work could provide a good reference and practical solution to improve the TMI threshold and realize high-power high-brightness fiber lasers.
confined-doped fiber fiber laser good beam quality high power transverse mode instability mitigation 
High Power Laser Science and Engineering
2022, 10(6): 06000e44
王鹏 1,2,3,4杨保来 1,2,3张汉伟 1,2,3,*奚小明 1,2,3[ ... ]吕品 4
作者单位
摘要
1 国防科技大学前沿交叉学科学院,湖南 长沙 410073
2 脉冲功率激光技术国家重点实验室,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
4 中国科学院自动化研究所,北京 100190
为研究掺镱光纤(YDF)光子暗化效应对高功率高亮度光纤激光器的影响,利用25/400 μm大模场YDF和915 nm半导体泵浦源搭建了光纤激光振荡器,输出功率可达5 kW,输出激光为近单模。对该光纤激光振荡器进行满功率拷机时出现了光子暗化现象,激光器输出功率急剧下降,输出激光时域中呈现出强烈的横向模式不稳定性(TMI)现象。经过多次测试后发现:后向泵浦时该光纤激光振荡器的TMI效应对应的泵浦功率阈值和输出功率阈值均出现一定程度的下降(约为14%),与传统理论相符;前向泵浦时TMI效应对应的泵浦功率阈值和输出功率阈值出现一定程度的上升(约为15%),这与传统理论不相符,需进一步开展研究。最终,该光纤激光振荡器输出功率受到光子暗化效应的影响无法维持在5 kW功率水平。
光纤光学 掺镱光纤 光子暗化 光纤激光振荡器 横向模式不稳定 
光学学报
2022, 42(23): 2306001
作者单位
摘要
国防科技大学前沿交叉学科学院,湖南 长沙 410073
由于受激拉曼散射(SRS)和横模模式不稳定 (TMI) 效应的共同制约,实现高功率输出的同时保持高光束质量存在一定的困难。基于后向同带泵浦方案,在自研30 μm/250 μm常规双包层掺镱光纤中实现了高功率(8.38 kW)、高光束质量 (光束质量因子M2为1.8) 的激光输出。SRS和TMI得到了有效抑制,但功率的进一步提升受限于泵浦功率。
激光器 光纤激光器 同带泵浦 后向泵浦 受激拉曼散射 横模模式不稳定 
光学学报
2022, 42(14): 1436001
作者单位
摘要
1 华中科技大学武汉光电国家研究中心,湖北 武汉 430074
2 武汉长进激光技术有限公司,湖北 武汉 430206
采用改进的化学气相沉积工艺结合溶液掺杂技术成功制备了一种低数值孔径部分掺杂纺锤形光纤。该光纤的数值孔径约为0.05,镱离子在纤芯中的掺杂直径比约为77%,光纤两端纤芯和包层的直径分别为25 μm和400 μm,中间部分纤芯和包层的直径分别为37.5 μm和600 μm。搭建976 nm双端泵浦光纤放大器,该光纤最终实现了4.188 kW 的单模激光输出,斜率效率为82.8%,最高功率下的光束质量因子约为1.3,其输出功率的继续提升受限于受激拉曼散射效应。
光纤光学 掺镱光纤 光纤设计 横向模式不稳定 受激拉曼散射 光束质量 
中国激光
2022, 49(13): 1315002
万颖超 1杨保来 1,2,3奚小明 1,2,3张汉伟 1,2,3[ ... ]王小林 1,2,3,*
作者单位
摘要
1 国防科技大学 前沿交叉学科学院,湖南 长沙 410073
2 脉冲功率激光技术国家重点实验室,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
一般认为,光纤激光器模式不稳定效应主要来自于泵浦源量子亏损和增益光纤泵浦吸收所产生的热效应。理论分析了光纤中的热源,发现诱发模式不稳定的热效应主要来源于泵浦吸收、其次是量子亏损;利用课题组开发的仿真软件SeeFiberLaser对该结论进行仿真。仿真结果表明:泵浦吸收系数越低,光纤中的最高温度和温度梯度越低,越有利于抑制热致折射率光栅的形成,提高模式不稳定阈值。搭建了纤芯/包层直径为30/400 μm的前向泵浦掺镱光纤激光振荡器,对比研究了中心波长为976 nm 、915 nm和940 nm的泵浦源泵浦时激光器的模式不稳定阈值特性。结果表明,分别采用中心波长为976 nm 、915 nm和940 nm 的半导体激光器作为泵浦源时,激光器模式不稳定阈值分别为279 W、502 W和697 W,光光转化效率分别为67.7%、61%和63%。由此可以发现,泵浦吸收系数对模式不稳定阈值的影响大于量子亏损对模式不稳定阈值的影响,通过改变泵浦波长降低泵浦吸收系数可以有效提升模式不稳定阈值。优化泵浦波长,兼顾量子效率和泵浦吸收系数,是光纤激光器实现高光束质量高模式不稳定阈值的重要技术路线之一。
光纤激光器 模式不稳定 热效应 泵浦吸收系数 fiber laser transverse mode instability thermal effect pump absorption coefficient 
红外与激光工程
2022, 51(4): 20210256

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