放大自发辐射(ASE)是影响低重复频率高峰值功率高能量脉冲光纤放大器性能的主要因素。系统综述了脉冲光纤放大器中抑制ASE的主要方法, 包括滤波、优化抽运特性(抽运功率、后向抽运、抽运方式)及优化种子特性(信号功率、信号脉宽)。对各种方法的抑制效果进行了比较, 发现滤波和同步脉冲抽运是抑制ASE、获得高峰值功率高能量脉冲输出的重要技术手段。

以被动调Q的小型Nd:YAG/Cr4+:YAG激光器为种子光源，以后向抽运的掺镱双包层光纤为功率放大介质，经过一级光纤功率放大，获得了平均功率5.5 W，重复频率9 kHz的激光输出，脉冲宽度为575 ps，峰值功率达到1 MW。采用非临界相位匹配的LBO晶体，对该亚纳秒脉宽光纤放大器进行了单通倍频实验研究。当晶体温度为150.5 ℃、基频光功率为2.7 W时，获得了平均功率1.3 W、峰值功率250 kW的倍频绿光输出，倍频转换效率为48%。

A high-powered millijoule pulse energy Tm3+-doped fiber amplifier seeded with a Q-switched operation of Tm (4 at.-%), Ho (0.4 at.-%):YVO4 laser is reported. The output characteristics of the amplified laser are studied at the coupled powers of 0.266, 1.24, and 2.65 W. Maximum output power up to 15.7 W is at 10-kHz repetition rate. Nonlinear effects are not observed from the emitting spectrum and the full-width at half-maximum (FWHM) of the pulse duration is reduced from 40.1 to 25.9 ns at 1.57-mJ pulse energy. The beam quality factor M2x=1.9\pm 0.03, M2y=2.1\pm 0.02 at the output power of 14.5 W is measured using the traveling knife-edge method.

本文利用掺Yb 光纤的非线性偏振旋转效应搭建了光纤环形腔激光器, 通过改变增益光纤的长度和耦合器输入输出的比例, 对其进行优化, 获得了稳定的自启动锁模脉冲, 并以此作为种子源, 采用主振荡功率放大MOPA全光纤结构, 以双包层掺Yb 光纤为增益介质实现了对种子源信号光的放大, 获得了平均功率2.042 W、中心波长1 063.8 nm、重复频率41.3 MHz、脉冲宽度45 ps、单脉冲能量49.4 nJ、峰值功率1.1 kW 的锁模脉冲激光, 光光转换效率为40.8%, 为实现更高功率的全光纤结构的脉冲激光系统提供了条件。

为了研究如何从脉冲种子光经放大器后获得能量为毫焦级、纳秒级脉宽的激光脉冲,以及重频、受激喇曼效应对输出激光脉冲的影响,采用基于主振荡动率放大方式建立了3级脉冲双包层掺Yb光纤放大器的瞬态理论模型。在不同重频下对能量为10nJ、脉宽为100ns的脉冲种子光经放大后的脉冲能量、峰值功率、平均功率、脉宽及受激喇曼效应进行了数值模拟。计算数据表明,当重频小于200Hz时输出激光脉冲的能量、波形受重频的影响很小,可以忽略不计,在适当参量下受激喇曼效应对各级放大输出几乎没有影响。结果表明,适当选择3级光纤放大器的各项参量可以实现毫焦级的激光脉冲输出。

对主振荡功率放大器(MOPA)方式脉冲抽运双包层掺镱脉冲光纤放大器进行了理论研究, 分析了放大中抽运脉冲、激光脉冲和拉曼斯托克斯光脉冲的相互作用过程。对增益光纤中上能级粒子数密度随抽运时间的变化进行了分析, 求出了最佳抽运脉冲宽度。随着抽运功率的增加, 放大过程中出现的受激拉曼效应(SRS)将抑制激光脉冲能量的增加, 当采用最佳抽运功率时激光脉冲的能量可达到最大值。分析了光纤长度、纤芯直径对最佳抽运功率、激光脉冲和一级斯托克斯光脉冲的影响。结果表明, 当最佳抽运功率时, 采用纤芯较粗、长度较短的增益光纤, 可以抑制受激拉曼效应, 提高激光脉冲的能量与峰值功率。

A pulsed master-oscillator fiber power amplifier system with near diffraction-limited output by use of China-made large-mode-area fiber and a (2+1)×1 multimode combiner is reported. The effect of the seed power on the amplification performance is found. For the seed power, there exists a range within which the pulsed fiber amplifier can operate safely and reliably at a certain pump power. With the seed average power of 70 mW, the amplification performances of the fiber amplifier are investigated.

结合双包层掺镱光纤(YDCF)和主振荡功率放大(MOPA)技术,利用熔融拉锥的光纤侧面耦合器,设计和实验研究了全光纤结构的脉冲光纤放大器。在不同重复频率时,通过放大脉冲激光的输出光谱,对输出脉冲激光中的剩余抽运光和受激拉曼散射光功率进行了修正;并研究了激光脉冲的时域特性,以及在脉冲放大过程中对输出激光脉冲宽度的压缩作用。获得输出放大脉冲激光的主要参数：峰值波长为1075 nm,脉冲宽度为18～300 ns,重复频率为5～20 kHz,峰值功率达9.87 kW,斜率效率达52.2%,光束质量M2=2.0。同时,制作完成了一台结构紧凑、全光纤结构的脉冲光纤放大器样机,其最大外形尺寸为370 mm×270 mm×90 mm。

高功率双包层光纤放大器在光纤传感、光纤通讯、光谱测量和惯性约束聚变等领域有广泛应用。介绍了两种获得放大激光输出的高功率双包层光纤放大器：单频双包层光纤放大器和脉冲双包层光纤放大器。分析了它们的工作原理及关键技术，并对国内外近期进展作了综述。