将无源光纤中受激拉曼散射效应作为激光增益的拉曼光纤激光器(RFLs)，无需掺杂稀土元素，且具有波长选择灵活、无光子暗化、增益瞬时响应、无放大自发辐射等优势。高功率半导体激光器(LD)具有便于系统集成、电光转换效率高的特点，是一种较为理想的泵浦源，已成为掺镱光纤激光器功率提升的关键，将其与RFLs结合实现激光输出将有“性能倍增”的效果。然而，高功率LD的亮度远低于光纤激光，直接泵浦产生的拉曼增益过低，需要长达千米级的无源光纤，难以实现RFLs的有效运转。目前，LD直接泵浦RFLs的最高输出功率仅为154 W，进一步的功率提升受限于LD自身亮度以及由此导致的高损耗，而且自由空间结构不利于系统集成。此外，由于寄生振荡的存在，1020 nm波段掺镱光纤激光器(YDFL)的最高输出功率也仅为520 W。

近期，国防科技大学课题组利用LD直接泵浦全光纤结构RFLs实现了千瓦级1020 nm波段激光输出，该结果是当前公开报道的同波段及同类激光器功率的最高纪录。RFLs系统结构示意图如图1所示，该系统采用的是由光纤布拉格光栅(FBG)对形成的全光纤振荡器结构。波长范围为954～991 nm的15个不同波长的LD组成阵列，单个LD输出的激光经准直后通过体布拉格光栅(VBG)进行光谱合成，合成后的泵浦光经准直镜耦合进入直径为100 μm的光纤纤芯，光谱合束后得到的最高泵浦功率为2190 W，泵浦光束的质量因子Mp2约为35。高反FBG的反射率大于99%，中心波长为1019.7 nm，3 dB带宽为4.7 nm；用作输出耦合器的低反FBG的反射率经优化后为5%，中心波长为1019.7 nm，3 dB带宽为0.8 nm。产生拉曼增益的无源光纤是一段500 m长的三包层光纤(TCF)，纤芯和内包层的直径分别为50、100 μm，数值孔径(NA)分别为0.06、0.22，泵浦光的光纤传输损耗为2.7 dB/km。泵浦光注入到TCF的内包层，并在振腔中形成激光振荡。低反FBG输出端接有光纤端帽(EC)。此外，为避免光纤熔接的模场失配，端帽以及FBGs输出尾纤均采用与拉曼增益光纤同类型的无源TCF(50/100/500 μm)，且FBGs通过紫外刻写在TCF纤芯上。图2(a)为RFLs输出功率随注入泵浦光总功率的变化趋势。信号光和剩余泵浦光通过二色镜(950～990 nm高透，1020 nm高反)分光后分别进行测量。中心波长为1019.7 nm的信号光在泵浦光功率为743 W左右时开始出光，之后信号光功率迅速增大，而剩余泵浦光功率则逐渐下降，当注入的泵浦总功率达到2190 W时，得到的信号光功率为1082 W，剩余泵浦光功率为424 W，光-光转化效率(相对于注入泵浦光)为49.4%，信号光的斜率效率为81.9%。最高功率下输出光束的质量因子Ms2为7，亮度提升因子为11.3。图2(b)、(c)为不同信号光功率水平下的光谱图，最高功率下的高阶拉曼峰值低于信号光约28 dB。在信号光功率从273 W增大到1082 W过程中，对应的3 dB线宽从0.47 nm逐渐展宽到0.69 nm。通过优化TCF折射率分布和传输损耗等参数，有望进一步提高输出功率和光束质量。

图 1. LD直接泵浦RFLs的实验结构装置图

Fig. 1. Schematic of experimental setup of LD pumped RFLs

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图 2. 实验结果。(a)RFLs输出功率随注入泵浦光总功率的变化趋势；(b)不同信号光功率下的全局光谱；(c)不同信号光功率下的局部光谱

Fig. 2. Experimental results. (a) Variation trend of RFLs output power with total injection pump power; (b) output signal laser global spectra at different signal powers; (c) output signal laser detail spectra at different signal powers

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