高功率固体激光器工作在高重复频率时，增益介质因热量的沉积而发生热畸变，导致激光输出波前发生变化。为此，利用相干调制成像技术通过记录单幅衍射光斑实现输出光场的波前测量，获得了放大器工作在1,5,7 Hz频率时光学元件的热畸变相位。实验结果显示，随着工作频率增大，热量向中心区域集中，热沉积效应明显增加了波前变化。

提出了一种基于准分子激光制备45°微反射镜的新方法──激光阶梯刻蚀法，介绍了该方法的工艺流程。通过优化参数制备了微反射镜样品，详细分析了样品参数对微镜反射性能的影响。利用微反射镜样品进行垂直耦合实验，深入讨论了影响系统损耗的主要因素。实验结果表明，微反射镜样品造成的损耗约为3.5 dB。该制备方法有望在大尺寸光波导互连背板耦合器件的研制中得到广泛应用。

研制了一台无水冷激光二极管（LD）侧面抽运高能量、高光束质量全固态Nd:YAG调Q激光器。激光器采用半导体制冷器（TEC）进行整体冷却，有利于激光器的小型化、便携化。实验使用的Nd:YAG晶体棒尺寸为φ7 mm×100 mm，掺Nd的原子数分数为1.1%，LD抽运的最大峰值功率为15 kW。在10 Hz重复频率下获得最大脉冲能量为350 mJ、脉冲宽度为9.7 ns、光-电转换效率为6.7%、能量稳定度小于5%的1064 nm激光输出，水平和垂直方向的光束质量M²分别为7.7和12.3。

一种新型的掺镱硅酸盐晶体Yb³⁺∶Sc₂SiO₅（Yb∶SSO）因其良好的激光特性而在近年来受到关注。从理论上计算了Yb∶SSO晶体在不同的抽运功率情况下的热透镜焦距，分析了晶体材料负折射率系数对激光器的影响。实验中采用平平短腔结构，研究了准连续（QCW）976 nm激光二极管端抽运Yb∶SSO激光特性。在重复频率为50 Hz、脉冲宽度为500 μs、峰值抽运功率为128.8 W时，得到峰值功率为27.6 W的激光输出，光-光转换效率为21.4%。此时x和y方向上的光束质量M²为1.24和1.20。在实验中发现激光中心波长随抽运功率变化的规律，并理论分析了实验结果中双波长非同步起振的原因。

报道了一种L波段的高功率亚皮秒掺铒光纤激光器。在全光纤环形腔内熔接2个偏振控制器（PC）和偏振相关的光隔离器（ISO），基于非线性偏振旋转锁模原理实现了全光纤结构锁模激光脉冲输出。输出激光的中心波长为1603 nm，脉冲重复频率为37.8 MHz，单脉冲能量为4 nJ，平均输出激光功率为152 mW。对此全光纤锁模激光器进行合理的色散控制，可得到脉冲宽度为370 fs的锁模激光输出。实验中使用高掺杂浓度的掺铒光纤，有效减少了其使用长度，提高了抽运转换效率，实现了结构简单紧凑、性能稳定可靠的L波段亚皮秒光纤激光器。

在水下高重复频率距离选通成像系统的基础上，设计了一种全选通成像系统。在空间域中，可将整个探测区域划分为多个相互叠加的改进选通切片，一帧图像积分时间内的激光脉冲按照一定规律分布到各个改进选通切片中；在时间域中，在一帧图像积分时间内按照一定规律实现宽选通门对不同激光脉冲回波的等时差移动，使得一帧图像中包含所有距离的目标信息，实现了全选通实时成像。实验对比了连续光成像系统、传统距离选通成像系统和全选通成像系统的成像质量。实验结果表明，全选通成像系统同时具有连续光成像系统探测范围广和距离选通成像系统探测距离远的优点，探测距离大于4.5H(H为衰减长度)，输出视频的帧率为20 Hz。

基于Pound-Drever-Hall外腔谐振倍频技术，实现了单频、连续1064 nm基频光的高效倍频转换。精确锁定环形倍频腔腔长，利用I类非临界相位匹配三硼酸锂晶体获得了最高8.73 W的倍频绿光输出，倍频效率为68.9%。在此基础上，研究了倍频绿光的波长锁定与调谐特性，当30 min内波长锁定均方根值小于3 fm时，实现了输出绿光波长在532.15~532.50 nm范围内的连续可调。采用自外差拍频法测量了单频绿光的光谱特性，谱线线宽为18.7 kHz，光束质量因子为1.25，光束质量优异。

采用激光快速成形技术在纯钛基板上制备了Ti_70.38Fe_26.39Sn_2.93Y_0.3四元共晶合金成形体,测试研究了该合金成形体的微观组织、硬度、弹性模量和耐蚀性能，并与Ti_70.58Fe_29.42二元共晶合金成形体进行了对比。分析结果表明，在激光快速成形非平衡凝固条件下，Ti_70.38Fe_26.39Sn_2.93Y_0.3合金成形体的凝固组织是TiFe初晶和β-Ti+TiFe共晶组成的过共晶组织。与Ti_70.58Fe_29.42二元共晶合金成形体相比，Ti_70.38Fe_26.39Sn_2.93Y_0.3合金成形体的硬度提高了59.6%，弹性模量降低了30%，且在Hank′s溶液中展示出优异的耐蚀性。

采用超音速激光沉积(SLD)和激光熔覆(LC)在316L不锈钢基体上制备了WC/SS316L复合沉积层，对沉积层的宏观形貌、WC分布、显微组织、相成分及磨损性能进行了对比分析。结果表明,LC多道搭接的沉积层中有明显的宏观裂纹，而SLD沉积层表面平整致密，无宏观缺陷。在LC沉积层中，陶瓷相WC呈部分聚集的不均匀分布，而在SLD沉积层中，陶瓷相WC呈弥散状的均匀分布。LC沉积层组织成分分布不均匀，且产生了有害相，而SLD沉积层保持了沉积粉末原有的组织和性能，且表现出形变强化效果。SLD沉积层的摩擦系数比LC沉积层低28%，表现出较优的抗磨损性能。

为研究激光冲击7050铝合金薄板试样形成残余应力洞的机制，分别使用功率密度为1.98 GW/cm²和2.77 GW/cm²的激光冲击7050铝合金试样。采用ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件模拟分析了在功率密度为1.98 GW/cm²的激光束冲击下的薄板试样。实验中利用X射线应力分析仪测量薄板试样和厚板试样的残余应力分布，利用压电薄膜传感器测量激光冲击时试样的动态应变，并利用三维显微系统观察激光冲击区域的表面微结构。实验结果表明，功率密度为1.98 GW/cm²和2.77 GW/cm²的激光束冲击7050铝合金薄板试样后均产生了残余应力洞现象。反射边界条件下的模拟结果与实验数据具有较好的一致性，表明稀疏波在光斑中心的会聚是产生残余应力洞现象的主要原因。由残余应力分布和动态应变可知，在试样内来回反射的冲击波对残余应力洞的影响不容忽视；功率密度为2.77 GW/cm²的激光束冲击加载后，薄板、厚板试样冲击区域中心的厚度分别比临近区域的厚度大10.800 μm和8.150 μm；在表面稀疏波与冲击波的共同作用下，试样表面均产生了残余应力洞现象。

考虑熔池蒸气反冲压力、表面张力、热浮力等力学因素和熔池内、外部的对流、辐射等热学过程，采用沿深度方向衰减的旋转高斯体热源简化熔池对激光的吸收，采用流体体积法追踪气/液界面，采用液相体积分数法和焓-孔隙度法分别处理熔化凝固潜热及液-固糊状区的动量损失，建立了激光深熔焊接熔池的三维瞬态模型。运用该数学模型获得了不锈钢激光深熔焊接过程中熔池及小孔温度场和流场的瞬态变化。计算表明，熔池最高温度呈现线性增长、趋于平稳和小幅振荡三个阶段；小孔在焊接过程中呈现前倾和后倾两种姿态，且存在周期性振荡行为。计算得到的熔池形状和焊缝横截面的试验结果基本吻合，小孔振荡行为也从相关文献的实验结果中得到了验证。

在激光金属成形IN718过程中引入超声振动，测量了成形件的表面粗糙度、残余应力和室温力学性能，并对成形件的微观组织进行了分析。结果表明，施加超声振动后，成形件的表面粗糙度和残余应力得到显著改善，微观组织得以细化，抗拉强度和屈服强度均有提高。当超声频率为17 kHz、超声功率为44 W时，与未施加超声振动时相比，超声振动作用下成形件的残余应力在x和y两个方向上分别降低了47.8%和61.6%，屈服强度、抗拉强度和断面伸缩率分别提高了6.1%，2.7%和10.6%，延伸率降低到29.2%。

采用动力学有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA对316L不锈钢靶板在脉宽为纳秒量级的强激光诱导的冲击波作用下的变形速度进行了数值模拟，建立了适用于高压高应变率条件下的有限元模型，并将数值模拟得到的速度曲线与前人实验结果进行了比较，验证了模型的正确性。此外，靶板的变形速度随冲击波压强的增加而增大，随靶板厚度的增加而减小。模拟结果对研究激光冲击成形、靶板层裂以及侵彻等过程具有参考意义。

研究了离焦量、脉冲能量、扫描间距、扫描速度和重复频率等激光加工参数对金属表面着色及微纳结构制备的影响机理，诱导制备了氧化膜、类光栅、凹坑和柱状突起4种结构，这些结构会使不锈钢表面产生薄膜干涉、光栅衍射和陷光等现象。通过Matlab软件在工艺参数与颜色HSB值之间建立了一个单隐含层的反向传播（BP）神经网络，该神经网络的训练均方根误差为0.0078，色相H、饱和度S和亮度B的测试相对误差分别为23%，10.4%和5.6%。该神经网络在一定程度上揭示了工艺参数与颜色之间的映射关系，使用该神经网络模型可以对激光着色效果作出有效的预测。

采用钕玻璃脉冲激光器进行了航空发动机用ЭП866耐热马氏体不锈钢激光冲击强化实验研究。结果表明,不锈钢组织由马氏体板条和析出碳化物组成，多次冲击表层产生高密度位错缠结，回火后仍保留其缠结结构，产生大量的纳米析出相。多次冲击可使表层引入更高幅值的残余压应力，幅值达-715.4 MPa，且残余压应力值随光斑搭接次数增加而增加。500~650 ℃回火处理后残余压应力下降幅度达到50%，具有良好的热稳定性，冲击次数对其影响较小。

为研究激光冲击波在690高强钢薄板中的传播机制，对690高强钢薄板经激光冲击后的动态响应以Hyperworks、LSDYNA为平台进行模拟，用聚偏氟乙烯压电传感器进行测量，将模拟结果与实验结果对比研究试样动态应变特性，建立了高应变率条件下表面动态应变模型和690高强钢薄板激光冲击波加载模型。研究结果表明，在功率密度为12.7 GW/cm²的激光加载下，通过改变表面测量位置和试样厚度测得表面Rayleigh波波速为3.08×10³m/s、纵波的波速为3.09×10³m/s；表面Rayleigh波传播速度模拟值为3.24×10³m/s，模拟结果与实验结果有较好的一致性；通过调整激光功率密度可分离剪切波和表面Rayleigh波。实验数据证明690高强钢表面动态应变模型准确可靠，激光冲击波加载模型可描述激光冲击波在690高强钢薄板中的传播机制。

利用光纤分束器和N个单光子探测器，提出了一种微弱光探测下的单脉冲光子计数方案。将该光子计数方案与关联成像原理结合，搭建了一套光子计数探测模式下的关联成像实验平台。实验研究了微弱光探测条件下光子计数的动态范围对关联成像质量的影响，分析并探讨了基于光子计数的关联成像需进一步深入研究的问题。

对平面子孔径拼接累积误差的理论分析及数值仿真表明，参考镜面形的拼接重叠区域的局部斜率差和直流偏差是产生累积误差的原因。为了提高大口径平面光学元件子孔径拼接检测精度，提出一种简单有效的可以减小子孔径拼接测量累积误差的方法，该方法采用第4项和第6项泽尼克像差拟合一个假设的准参考镜面形，再从每个子孔径测量结果中减去，最后拼接合成全口径面形。〖JP2〗对450 mm×60 mm的平面镜进行了8个子孔径的拼接检测，去除准参考镜面形前后，拼接测量结果与Zygo公司24英寸(600 mm)口径干涉仪检测结果的偏差峰谷（PV）值从λ/7减小至λ/100。所拟合的准参考镜面形误差为0.02λ（PV值），与标准镜的面形误差为同一量级，其对每个子孔径测量结果的影响可以忽略。实验结果表明，本文方法能够有效控制拼接累积误差，提高拼接检测精度

为了满足大口径反射镜研磨阶段的面形检测需求，分析了激光跟踪仪测角误差的来源，提出了一种基于S多项式拟合的矫正测角误差的方法，该矫正方法能有效克服采样位置误差和随机误差带来的影响。针对不同频段测角误差，提出母线和米字格采样法，其中母线采样法对10%以内的标定实验随机误差有较好的抑制作用。矫正方法的可行性得以验证，从而为进一步实验提供了理论基础。

反演算法是光散射颗粒测试技术中的关键问题之一，以Tikhonov正则化方法为代表的单参数正则化算法被广泛应用于激光粒度仪颗粒粒径分布函数(PSD)的反演计算中。该算法的缺点之一是所得到的反演解呈现出振荡特征,并伴随负值。为改善这一状况，提出了一种多参数正则化算法。通过构建一个由多个参数控制的带通滤波函数，分别控制正则化解的振荡程度和解的高度，并对正则化解进行非负约束。模拟计算和实验研究结果表明，对多参数进行优化后能够降低正则化算法带来的振荡和负值。此外，所提出的算法具有较好的多峰识别能力，可实现颗粒粒径分布的有效重建。

基于广义惠更斯-菲涅耳原理和Stokes参数法研究了部分相干平顶电磁光束在湍流大气中斜程传输的偏振度特性，不仅讨论了电磁光束同一极化方向上的偏振度以及交叉极化的偏振度，还讨论了光束阶数、天顶角、频率、接收高度等因素对偏振度的影响。数值分析结果表明：激光在湍流大气中斜程传输时通过提高接收高度可减小天顶角对偏振度的影响；光束偏振度随着光束阶数的增大而减小；在中心角频率附近，偏振度随着频率的增大而减小；与只考虑同极化的偏振度不同，考虑交叉极化的偏振度时，偏振度随着传输距离的增大，变化无界。

以随机相位屏作为待校正畸变波前，采用有限元分析方法，利用应力分析模型得到变形镜（DM）校正过程中的应力载荷谱，并基于应力-寿命（S-N）曲线和Miner累积损伤理论建立了变形镜的疲劳寿命预估模型，分析了波前校正过程中变形镜的疲劳损伤特性，并详细讨论了不同驱动方式及不同结构参数对变形镜使用寿命的影响。研究结果表明：在波前校正过程中，变形镜基底后表面损伤的程度大于前表面，基底与极头连接部位最易损坏。当待校正畸变波前形态一定时，波前峰谷（PV）值越大，变形镜的疲劳寿命越短；而当波前PV值一定时，畸变波前中的高频成分越多，变形镜产生的应力集中现象越明显，其疲劳寿命也随之缩短。此外，结构参数也会对变形镜的疲劳寿命造成影响，随着基底厚度的增加、极头长度的缩短，以及极头直径的增加，变形镜的疲劳寿命逐渐缩短。其中，极头直径变化所带来的影响最为明显。

提出了一种基于级联电吸收调制器(EAM)和相位调制器(PM)的多载波光源发生器方案。对比分析了基于单个EAM级联PM的多载波光源发生器与基于两个EAM级联PM的多载波光源发生器产生的多载波光源，利用基于两个EAM级联PM的多载波光源发生器实现了频率间隔为15 GHz、平坦度在0.1 dB范围内的19个子载波的多载波光源。同时研究了EAM的调制指数和啁啾因子、PM的驱动信号幅度以及调制器驱动信号的相位差等参数对产生多载波光源的影响。

地球静止轨道星载光通信天线在每天午夜时分存在太阳光入侵问题，为分析太阳光入侵对天线的温度场影响，建立了地球同步轨道通信卫星的激光通信终端热分析模型，对光学天线进行在轨温度仿真。计算结果表明，当太阳光倾角为±8.8°时，午夜太阳光入侵对主、次镜的温度影响高于太阳光倾角为0°的时段。光学天线太阳光规避策略可有效减小午夜太阳光入侵对其温度的影响，当机动角度为40°时，选取“零点前2.0 h开始机动/零点后2.5 h停止机动”的时刻组合可获得最长的连续工作时间。

根据表皮内黑色素的产生及迁移特点，提出10种黑色素形态分布假设，采用两尺度皮肤传热模型研究黑色素形态分布、激光脉宽、病变血管尺寸和深度等参数对激光治疗葡萄酒色斑过程中表皮层和血管能量阈值的影响。结果表明,黑色素分布对表皮能量阈值影响较大，对血管无明显影响。黑色素分布越均匀，血管尺寸越小、埋藏越浅，则血管性皮肤疾病疗效越好。黑色素仅分布于表皮基底层时，应适当延长制冷剂喷雾时间。血管性皮肤疾病达最佳疗效前提下，黑色素分布越均匀、血管尺寸越大，应选取接近病变血管热弛豫时间的较长脉宽（15~20 ms）激光；血管尺寸越小，埋藏越深，皮肤激光手术中应选取较短脉宽（小于5 ms）激光。

根据反射彩色全息图衍射的波长选择性和色度学原理，给出了彩色反射全息三原色系统的表达，研究了彩色反射全息色系与CIE XYZ色系之间的转换关系。分析并讨论了影响反射全息图颜色再现能力的因素，给出了物体实际颜色和反射全息图再现像颜色的色差评价方法。根据彩色反射全息三原色系统的转换关系以及色差评价方法，选取多种颜色样本计算得出不同波长组合的三原色系统下反射全息图的色差，并进行了色差分析。

当前，数字全息显微主要采用相干性好的激光作为光源，对设备及环境条件要求较高，且会在全息图中引入大量的散斑噪声和寄生干涉条纹。基于非相干光照明下的数字全息可以很好地解决以上问题。采用非相干光作为光源，空间光调制器和CCD组成非相干干涉仪作为全息记录模块，从波动光学角度分析了该模块的记录及再现原理，给出了系统的点扩展函数、横向放大率和再现距离。采用该模块结合物镜搭建了反射式同轴非相干数字全息显微成像系统。利用该系统对分辨率板成像，获得与传统宽场光学显微镜相当的空间分辨率。对300~500 μm单颗粒金刚钻进行全息拍摄，在不同平面实现了数字聚焦。结果表明，该系统可以快速获取微小物体的三维空间信息，在医学检测、材料分析等领域具有广阔的应用前景。

单光子模式激光测高仪具有灵敏度高、重复频率高、重量轻、体积小等诸多优势，其代表着新一代天基激光雷达的未来发展趋势。对常见的高斯回波波形，基于激光雷达方程、单光子探测器统计特性，建立了单光子回波探测概率模型，基于该模型进一步推导了测距误差的量化关系式，并利用蒙特卡罗方法对所建模型进行了仿真验证。理论分析和仿真计算表明：回波脉宽越窄，测距的系统误差和随机误差越小；回波强度越大，测距的随机误差减小，但系统误差增大。以均方根脉宽为1.5 ns的高斯回波为例，忽略噪声影响，当平均信号光子数为1时，单次测距系统误差约6 cm，随机误差约22 cm。

用光学参数定量诊断病变组织是当前生物医学光子学领域中研究的热点问题。利用太赫兹时域光谱系统，在室温氮气环境中，获得了不同质量分数无水葡萄糖在0.15~3 THz频段的高分辨率吸收谱和折射率谱；基于密度泛函理论，利用Gaussian 09软件对葡萄糖进行了B3LYP/6-31G水平上的单分子、双分子和多分子结构优化和红外吸收模拟；基于Materials Studio 7.0量子化学计算软件，采用CASTEP模块和广义梯度近似方法，开展了对葡萄糖晶体结构的频率计算。实验结果表明，葡萄糖在0.94，1.30，1.44，1.67，1.88，2.08，2.31，2.55，2.70，2.84，2.96 THz有吸收峰，所有峰位的强度随样品中葡萄糖质量分数的增加线性降低；Gaussian 09模拟结果与测试结果相吻合，CASTEP的结果验证了这一结论；对无水葡萄糖在太赫兹频段的吸收峰进行了全面指认和振动归属。研究结果为太赫兹时域光谱在生物医学方面的应用提供了实验及理论参考。

可调谐半导体激光吸收光谱（TDLAS）技术结合层析成像（CT）算法能实现流场温度、浓度等信息的二维重建测量。为研究层析成像算法对温度场二维重建质量的影响，实现了两种典型重建算法：代数迭代重建算法（ART）和模拟退火（SA）算法。在不同的射线分布和吸收谱线数目情况下，使用两种算法对给定单峰温度场和双峰温度场分别进行重建仿真，比较分析了两种算法的重建结果。仿真结果表明，影响代数迭代重建算法重建质量的主要因素是射线分布，而模拟退火算法则对吸收谱线数较为敏感；对于单峰温度场，代数迭代重建算法重建结果的最大偏差为5.6%，略好于使用6条吸收谱线时模拟退火算法重建结果的6.2%；对于双峰温度场，模拟退火算法重建结果的最大偏差为5.5%，而代数迭代重建算法的最大偏差则高达22%。

在进行Ramsey作用时，以±π/2的相位差来调制同一频率点处两个周期微波脉冲，可以获得中心频率幅值为零的Ramsey条纹。这种方法可以直接通过中心频率处原子对探测光的吸收值变化来产生反馈本地振荡器的误差信号。理论上，相比于同相位Ramsey条纹，这种方法可以使得条纹信号幅值增加一倍。实验上，在积分球冷原子钟系统上，获得的相位调制Ramsey线型与理论计算相同，而且Ramsey条纹振荡幅值达到同相位下的1.6倍。

提出了一种基于线性光学的双通道混合纠缠操控方案。该方案利用可调分束器（VBS）制备了双通道混合纠缠态，通过调节VBS的分束比实现了混合纠缠态的纠缠操控，并分析了猫态大小对保真度的影响。该方案为多通道混合纠缠态的制备及其在混合量子通讯中的应用提供了理论参考。

表面等离子体的定向激发在光通信、生物传感、集成电路、纳米刻蚀等领域具有重要应用。提出了一种L型非对称单缝的表面等离子体定向激发结构。无须改变缝隙的结构参数，通过调节入射光的入射角度即可实现表面等离子体的单向和双向激发，起到全光开关调制的作用。详细阐述了L型缝隙的加工制作流程，利用COMSOL Multiphysics仿真软件对缝隙结构进行模拟仿真。仿真结果表明，非对称单缝结构可实现消光比在-16 dB~15 dB范围内连续可调的表面等离子体定向激发。该结构体积小，便于操控，易于加工，对微纳等离子体光学器件的研究具有指导意义。

有源光子晶体光纤的芯径较大，主要用于实现高峰值功率（高能量）的脉冲放大输出。目前只有NKT Photonics公司可提供商品化的掺镱（Yb³⁺）有源光子晶体光纤，其最大芯径约为85 μm。光子晶体光纤的制作主要受光纤预制棒中纤芯尺寸的限制。为实现百微米芯径的光子晶体光纤，预制棒中纤芯材料的直径须达到5 mm，目前较难实现。中国科学院上海光学精密机械研究所立足于自身在材料制备方面的优势，利用溶胶-凝胶方法制作了直径大于5 mm的掺Yb³⁺石英棒，并拉制出纤芯直径为110 μm的有源光子晶体光纤。对拉制的掺Yb³⁺光子晶体光纤进行性能测试。当波长为915 nm时，该光纤的吸收系数为8 dB/m，此时采用较短的光纤（约为1 m）即可充分吸收抽运光，降低了脉冲放大过程中的非线性效应。对光子晶体光纤进行了皮秒级脉冲放大，种子光的波长为1030 nm，输出功率为10 W，脉宽为21 ps，重复频率为10 MHz。在抽运功率为590 W（抽运波长为976 nm）条件下，实现了功率为309 W的脉冲放大输出，峰值功率高达1.47 MW，放大效率为52%。图1为光子晶体光纤截面及光纤的功率放大曲线。自制光子晶体光纤的放大效率低于NKT Photonics公司光子晶体光纤的放大效率（60%）的主要原因为自制光子晶体光纤对抽运光的耦合效率偏低。但NKT Photonics公司提供的光子晶体光纤仅应用于功率小于100 W的脉冲放大输出。当脉冲输出功率为309 W时，检测光谱性能，未发现明显的非线性效应。图2为检测到的放大脉冲序列及脉宽。本课题组成功制作了百微米芯径的掺Yb³⁺光子晶体光纤，实现了功率为309 W、重复频率为10 MHz的皮秒级脉冲放大输出。

高功率光纤激光器在工业加工、材料处理等领域有着诸多应用，得到国内外研究机构的广泛关注。目前，高功率光纤激光器主要有两种结构，一种是直接振荡器结构，一种是主振荡功率放大结构。采用振荡器结构的光纤激光器具有结构简单、稳定性好、成本低廉等优点，是目前中低功率激光器市场使用较多的一类方案。2013年，**科学技术大学基于单端抽运结构实现了输出功率1 kW的全光纤振荡器；2014年，又将该方案的输出功率提高到1.5 kW。2014年，芬兰CoreLase公司推出了2 kW的全光纤振荡器产品，美国相干公司基于空间结构实现了3 kW的光纤振荡器。但是，由于热效应、非线性效应的限制，尚未出现相关输出功率大于2 kW的全光纤振荡器报道。双端抽运方式既能够在一定程度上抑制非线性效应，又能使热分布更加均匀从而降低热效应的影响，因此具有较好的高功率应用潜力。基于双端抽运方式，在全光纤振荡器中成功实现了2.5 kW激光功率输出，其原理结构如图1所示。激光谐振腔由高反射光栅（HRFBG）和低反射光栅（OCFBG）构成。前向抽运源利用一个7×1的抽运合束器（PC）将6个300 W的975 nm 激光二极管（LD）合为一束，并注入到激光谐振腔中；后向抽运合束器为（6+1）×1的抽运/信号合束器（PSC），同样将6个300 W的LD合束并注入到激光谐振腔中。激光器增益介质采用纤芯、内包层直径分别为21，400 μm的大模场掺镱光纤（LMA YDF）。激光谐振腔输出的激光经过包层光滤除（CLS）后，熔接商用的光纤端帽输出。在前后向最大抽运功率为1.94 kW和1.52 kW、总抽运功率为3.46 kW时，振荡器输出功率为2.5 kW，光光转换效率为72%，如图2(a)所示。测量了不同功率光谱，如图2(b)所示，结果表明输出激光中无抽运光和放大自发辐射，与信号相比受激拉曼散射在20 dB以下。实现最高输出功率时，测得的光束质量因子M²约为1.3，并未观察到模式不稳定现象，典型的远场光斑形态如图2(c)所示。在该结构中，如果能够有效抑制受激拉曼散射，适当增加抽运功率，有望获得更高的激光功率输出。