国防科学技术大学光电科学与工程学院, 湖南 长沙 410073
针对半导体抽运的掺镱光纤激光器功率进一步提升面临的主要问题，分析了级联抽运方案在实现更高功率输出方面的优势和不足。简要回顾了光纤级联抽运技术的发展历程，重点介绍了掺镱光纤激光级联抽运的关键技术、研究现状和最新进展。针对级联抽运面临的抽运吸收和非线性效应问题，分析了下一步的研究方案和技术路线。并对级联抽运技术有望获得的新应用进行了简要介绍。
激光器 高功率光纤激光器 级联抽运 功率提升 非线性效应
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模式不稳定指高功率光纤激光随着输出功率提升发生的模式突变，会导致光束质量下降。基于模式耦合模型，对量子噪声、强度噪声等引起的高功率光纤激光模式不稳定出现的阈值功率进行了详细分析和计算。研究结果表明，采用级联抽运方案和部分掺杂方式可以使模式不稳定性出现的阈值功率提高2~5倍。增加初始注入信号光功率、抑制注入信号激光的强度噪声和高阶模成分也可以提高阈值功率。研究结果为高功率光纤激光系统的设计提供一定参考。
激光光学 模式不稳定 高功率光纤放大器 级联抽运 部分掺杂
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研究了掺钬光纤激光极限输出功率，综合考虑热效应、光纤损伤、抽运亮度以及非线性效应的影响，计算了硅基掺钬光纤激光两种常规的抽运方式(掺镱激光抽运和掺铥激光抽运)在连续运转情况下的极限功率。计算结果表明，在现有工艺条件下，两种抽运方式的极限功率分别是29.9 kW和70.2 kW。功率的受限因素主要包括抽运亮度、热透镜效应和受激拉曼散射(SRS)，其中进一步提高抽运亮度是当前实现掺钬光纤激光高功率输出的主要有效途径。考虑了相应的单频激光输出以及受单模条件限制时的极限功率和受限因素。对两种抽运方案比较可得，掺铥激光抽运方案更具高功率输出优势。
激光器 掺钬光纤 功率提升 级联抽运
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光纤同带级联抽运的特点是以高亮度激光作为抽运光，且抽运光与激光的波长比较接近，处于激活离子的同一能带内。它最大的优点是在光纤高功率放大时量子亏损小，可以较好地减小热效应的影响，同时能使用较短的光纤来避免非线性效应的发生。针对同带级联抽运技术在高功率光纤中的重要性，简单综述了国外掺镱、掺铒、掺铥、掺钬光纤同带级联抽运的实验研究。给出了掺镱光纤同带级联抽运的其他优点，如抑制大模场面积光纤的高阶模式增益以及减少铝硅酸盐掺镱光纤中的光子暗化影响,这些优点都有助于光纤高功率的放大。讨论了掺镱同带级联抽运技术在高功率双包层光纤激光中面临的主要问题及解决方法。
激光器 高功率光纤激光器 同带级联抽运 高阶模式增益 光子暗化 激光与光电子学进展
2011, 48(9): 091402
