高功率光纤激光相干合成的现状、趋势与挑战

王小林 周朴 粟荣涛 马鹏飞 陶汝茂 马阎星 许晓军 刘泽金

国防科学技术大学光电科学与工程学院

[摘要]光纤激光相干合成是突破单路光纤激光功率极限和实现更高输出功率的有效技术方案,是传统高功率激光系统走向激光相控阵高功率光纤激光系统的重要基础。介绍了高功率光纤激光相干合成的系统结构,并指出了主要研究对象和关键技术;介绍和分析了光纤激光相干合成的国内外相关研究现状和发展趋势;分析了光纤激光相干合成面临的主要技术挑战。

高功率光纤激光光谱合成技术的研究进展

郑也 杨依枫 赵翔 公维超 柏刚 张璟璞 刘恺 陈晓龙 赵纯 漆云凤 晋云霞 何兵 周军

中国科学院上海光学精密机械研究所; 上海市全固态激光器与应用技术重点实验室; 中国科学院大学; 南京先进激光技术研究院; 南京中科神光科技有限公司

[摘要]受热损伤和非线性效应等因素的制约,单个光纤激光器的单模输出功率受到限制。将多个光纤激光器的输出通过一定的方式进行光束合成,是实现更高功率激光输出的必然选择。介绍了光谱合成技术的发展历程和研究现状,给出了几类常见光谱合成系统的基本原理、关键要素和优缺点。介绍了中国科学院上海光学精密机械研究所在窄线宽光纤激光及其光谱合成方面的最新进展, 并对高功率光纤激光光谱合成技术的发展前景进行了展望。

高功率超短脉冲掺铥光纤激光器的研究进展

刘江 谭方舟 刘晨 王璞

北京工业大学激光工程研究院

[摘要]掺铥光纤激光器可广泛应用于激光医疗、人眼安全雷达、非金属材料加工、光电对抗等众多领域,具有其他波段光纤激光器不可替代的重要作用。主要介绍了本课题组在高功率超短脉冲掺铥光纤激光器方面的研究进展,包括利用光纤布拉格光栅控制锁模掺铥光纤振荡器的脉冲宽度和光谱形状,实现了2 μm波段高重复频率、高稳定性的皮秒脉冲激光输出。同时,采用该皮秒脉冲激光作为种子源,研制出了百瓦量级全光纤结构的皮秒掺铥光纤放大器,最后一级功率放大器的最大平均输出功率为120.4 W,脉冲宽度为16 ps。此外,设计并搭建了全光纤全保偏结构的皮秒掺铥光纤放大系统,实现了平均功率为240 W的线偏振皮秒脉冲激光输出,偏振消光比大于15 dB,脉冲宽度为45 ps。

光纤激光模式不稳定的新现象与新进展

史尘 陶汝茂 王小林 周朴 许晓军 陆启生

国防科学技术大学光电科学与工程学院

[摘要]首先介绍了光纤激光中传统的热致动态模式不稳定的研究现状,然后重点介绍了2016年以来理论预测的准静态模式不稳定;接着,对非热致模式不稳定的研究现状进行介绍,包括电致伸缩模式不稳定和非线性效应与模式不稳定之间的关系。最后,对模式不稳定对高功率光纤放大器的功率限制进行了总结和分析。

高功率拉曼光纤激光器技术研究进展

冯衍 姜华卫 张磊

中国科学院上海光学精密机械研究所

[摘要]近年来,高功率拉曼光纤激光器技术发展迅速,输出波长范围覆盖可见光至中红外波段,最大输出功率超过千瓦。在功率提升方面,拉曼光纤激光器技术的发展脉络可概括为:激光振荡器、主振功率放大器和抽运/信号集成放大器。在重要科研应用的驱动下,高功率窄线宽拉曼光纤放大器技术得到显著发展。另外,高功率拉曼光纤激光器技术还有一些新的扩展,包括包层抽运、二极管直接抽运以及拉曼光纤激光合束等,未来发展潜力巨大。

2.0 μm波段掺铥连续单频光纤激光器的研究进展

杨昌盛 陈丹 赵齐来 冯洲明 钱奇 杨中民 徐善辉

华南理工大学发光材料与器件国家重点实验室; 华南理工大学广东省特种光纤材料与器件工程技术研究开发中心; 华南理工大学广东省光纤激光材料与应用技术重点实验室

[摘要]介绍了2.0 μm波段掺铥连续单频光纤激光器的实验研究进展,以实现单频光纤激光器的关键技术为主线,总结了不同腔结构掺铥单频光纤激光振荡器的研究现状与发展方向。基于种子源主振荡功率放大(MOPA)结构进行了单频激光器功率放大,介绍了高功率掺铥单频光纤MOPA激光器的国内外研究进展。此外,介绍了本课题组在高掺杂铥锗酸盐玻璃光纤制作,2.0 μm波段单频光纤激光振荡器构建,以及单频激光功率放大方面的部分研究工作。

高功率级联抽运掺镱光纤激光器研究进展

肖虎 冷进勇 周朴 张汉伟 许将明 吴坚 刘泽金

国防科学技术大学光电科学与工程学院

[摘要]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。

高功率光纤激光抽运耦合技术综述

肖起榕 张大勇 王泽晖 黄昱升 张利明 李丹 闫平 巩马理

清华大学精密仪器系; 固体激光技术重点实验室

[摘要]高功率光纤激光器是目前激光器研究发展的一个热点。抽运耦合功率将直接决定光纤激光器的输出功率。分析了光纤激光抽运耦合技术的研究现状,从端面抽运耦合和侧面抽运耦合两大基本结构出发,详细阐述了各种光纤激光抽运耦合器的技术方案和特点,并进行综合比较,针对现存问题以及今后的研究方向提出了建议

高功率掺镱光纤的现状及发展趋势

王一礴 李进延

华中科技大学武汉光电国家实验室

[摘要]自光纤激光器问世以来,随着半导体材料与光纤制备技术的快速发展,光纤激光器的输出功率由毫瓦级提高到了万瓦级。然而,随着输出功率的增加,光纤激光器在低输出功率下未表现出的诸多现象逐渐显现,如光纤热损伤、非线性效应、模式不稳定等,这些现象限制了光纤激光器的应用,因此对掺镱光纤的质量要求越来越高。针对高功率掺镱光纤的制备工艺、掺杂组分及结构设计等方面进行了讨论,分析了高功率掺镱光纤的热稳定性、功率稳定性及模式稳定性的研究现状,并总结了其发展趋势。

低垂直发散角高亮度光子晶体半导体激光器

周旭彦 赵少宇 马晓龙 刘云 李伦华 林羽喆 齐爱谊 王宇飞 渠红伟 郑婉华

中国科学院半导体研究所集成光电子国家重点实验室; 中国科学院半导体研究所固态光电信息实验室; 中国科学院大学未来技术学院

[摘要]针对现有边发射半导体激光器远场发散角大、光束质量差等问题,引入光子晶体人工微结构实现模式扩展和模场分离,改善了单芯片半导体激光器的性能,实现了高亮度高光束质量的激光输出。理论分析并模拟了光子晶体半导体激光器对光场的调控机制,并介绍了几种典型的光子晶体半导体激光器。在光子晶体激光器实现低垂直发散角的基础上,设计了不同的结构实现了大功率、单模、高亮度等特性的输出。实验验证了光子晶体能带效应在提高半导体激光光束质量、提高亮度等方面的调控作用,其能够突破普通半导体激光器面临的限制,有助于半导体激光更有效地应用在光纤激光器抽运和激光加工等领域,为半导体激光的直接应用奠定了基础。

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