1 中国科学院上海光学精密机械研究所王之江激光创新中心，上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 100049
中国激光
2023, 50(24): 2416008
1 上海大学理学院物理系，上海 200444
2 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率光纤激光技术实验室，上海 201800
3 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，上海 201800
报道了由LD泵浦的Tm∶YAP激光器的研究工作。Tm∶YAP 激光器采用波长为793 nm的 LD进行端面泵浦，腔内声光调Q运转。当激光工作重复频率为300 Hz、输入泵浦功率为37.07 W时，获得了最大单脉冲能量为17.06 mJ、脉冲宽度为26.9 ns的1936 nm激光输出，相应的峰值功率为634.2 kW，在目前已报道的该晶体峰值功率数值中较高。在最大泵浦功率下，激光器在水平和垂直方向上的光束质量分别为1.41和1.34。此外，在激光器连续运转下，采用双法布里-珀罗标准具对激光波长进行调节，光谱调谐范围1932.11~1942.07 nm。
激光器 Tm：YAP晶体 声光Q开关 高峰值功率 2 μm激光 激光与光电子学进展
2023, 60(15): 1514009
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率光纤激光技术实验室，上海 201800
2 中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 100049
3 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，上海 201800
调Q技术是掺铥光纤激光器获得纳秒脉冲激光输出的主要方式。本文首先介绍主动调Q、被动调Q和增益调制这三种调Q技术在掺铥光纤振荡器中的应用现状，对比和分析三种技术的优点与不足。其次，介绍窄脉宽、高平均功率、大脉冲能量纳秒掺铥光纤放大器的现有典型研究结果和面临的技术瓶颈，并从热管理、非线性效应抑制、放大自发辐射抑制三个方面进行了优化措施分析。最后，对纳秒掺铥光纤振荡器和放大器的技术发展趋势进行展望。
激光器 纳秒掺铥光纤激光器 主动调Q 被动调Q 增益调制 激光与光电子学进展
2023, 60(9): 0900003
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率光纤激光技术实验室，上海 201800
2 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，上海 201800
3 中国科学院大学材料科学与光电技术学院，北京 100049
2 μm波段激光用途广泛，既可以应用于激光雷达、激光测距和医疗手术等领域，又可以作为中长波红外波段激光器的泵浦源。采用激光二极管直接泵浦掺铥晶体获得2 μm波段激光，是一种直接高效的技术手段，受到了广泛关注。本文介绍了Tm∶YAG、Tm∶YAP和Tm∶YLF脉冲激光器的研究进展，并进行了总结与展望。
激光器 固体激光器 脉冲激光器 激光二极管泵浦激光器 激光材料 2 μm波段 激光与光电子学进展
2023, 60(7): 0700003
1 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，上海 201800
2 西北核技术研究所激光与物质相互作用国家重点实验室，陕西 西安 710024
对793 nm、1.6 μm和1.9 μm三种不同泵浦波段下千瓦级掺铥光纤激光器的输出特性开展了数值模拟研究。在1 kW输出功率下，对不同泵浦波段的输出效率和热特性进行了对比分析。结果表明，在793 nm泵浦下，受益于交叉弛豫过程，量子效率可超过100%，但是其整体斜率效率依然不高，导致激光器产热严重，废热与输出功率比达80.8%，光纤端面温度也相对较高。在同带泵浦下，激光器效率得到明显提升，尤其是在1.9 μm同带泵浦下，激光器斜率效率达90%以上，废热也得到显著抑制，使用低掺杂光纤时，增益光纤温度整体在50 ℃以内。对同带泵浦下掺铥光纤激光器的功率提升开展了初步估算和数值模拟，估算表明在同带泵浦下，掺铥光纤激光器的功率提升主要受限于受激布里渊散射、模式不稳定、外包层损伤以及光损伤等四个因素。数值模拟结果表明，同带泵浦下热载显著降低，掺铥光纤激光器的功率提升不会受到模式不稳定的影响，而外包层损伤和受激布里渊散射成为主要的限制因素。对于1.6 μm和1.9 μm同带泵浦，在25 μm芯径尺寸下，激光器最高输出功率可分别达5.9 kW和12.7 kW。
1 上海大学理学院, 上海 200444
2 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率光纤激光技术实验室, 上海 201800
3 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, 上海 201800
4 中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室, 上海 201800
不同切割方向的Ho∶YAP晶体的激光输出特性存在差别。针对掺杂浓度为0.5%(原子数分数)的Ho∶YAP晶体开展a、b、c三种切割方向的激光输出特性实验研究。采用最大输出功率为44.3 W的1915 nm掺铥光纤激光器端面泵浦Ho∶YAP晶体,在三种切割方向上均获得了大于20 W的连续激光输出,其中b向切割晶体输出激光的中心波长近2118 nm,最大功率为23.6 W,斜率效率为61.98%,a向切割晶体与b向切割晶体的输出结果相近,c向切割晶体在达到最大输出功率时的中心波长为2129 nm;当采用腔内声光调Q获得脉冲输出时,a、c向切割晶体出现了中心波长偏移和多波长起振现象,而b向切割晶体则获得了中心波长近2118 nm的稳定脉冲输出,且其在重复频率为20 kHz时的最大平均输出功率为22.3 W,脉宽为20 ns,斜率效率为55.22%,光束质量因子分别为 Mx2=1.81和 My2=1.50。选用b向切割的Ho∶YAP晶体更有利于实现稳定且高效的2118 nm连续激光及纳秒级脉冲激光输出。
材料 Ho∶YAP晶体 输出特性 切割方向 2 μm激光
1 上海大学 理学院，上海 200444
2 中国科学院 上海光学精密机械研究所 ，上海 201800
3 中国科学院大学，北京 100049
4 哈尔滨工业大学 空间环境材料行为与评价技术国家级重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
目前，掺铥光纤激光器(TDFL)所使用的材料和器件，特别是增益光纤，多为外国公司所生产，因而，有必要开展基于国产材料和器件的该类激光器研究。本文报道了基于自研增益光纤建立的连续波掺铥光纤激光振荡器的性能。实验中，利用纤芯直径为10 μm的自研掺铥光纤、国产泵浦源及光纤光栅搭建了三台振荡器，分别产生了中心波长为1 918、1 941和2 013 nm的激光输出。此外，对国产与进口增益光纤的激光输出特性进行了比较。实验结果表明，与进口光纤相比，自研掺铥光纤在输出效率方面低6%~11%，但是光谱线宽保持良好(01 nm左右)，且在近场光斑分布方面具有一定优势。
掺铥光纤激光振荡器 国产化光纤材料与器件 Thulium-Doped Fiber Laser(TDFL) oscillator homemade optical fiber materials and devices
1 中国科学院上海光学精密机械研究所 空间激光信息技术研究中心, 上海 201800
2 中国科学院大学, 北京100049
3 上海大学 理学院, 上海 200444
4 哈尔滨工业大学 空间环境材料行为与评价技术国家级重点实验室, 黑龙江 哈尔滨 150001
开展了1 915 nm高功率、高效率、窄谱宽输出的掺铥光纤激光器(TDFL)研究。基于全光纤主振荡功率放大(MOPA)结构, 采用40 W的793 nm半导体激光器泵浦纤芯直径25 μm的双包层大模场面积(LMA)掺铥光纤, 获得了最高功率12.1 W的1 915 nm窄谱宽连续种子激光输出。将8 W种子光注入掺铥光纤放大器, 在793 nm激光泵浦功率为142.9 W时, 获得了平均功率90 W的激光输出, 其中心波长为1 915.051 nm, 3 dB谱宽仅为94 pm, 斜率效率为60.2%, 光-光转换效率达63.0%。该系统在40 min运行考核时间内输出激光稳定性良好。
掺铥光纤激光器 主振荡功率放大 窄谱宽 高效率 thulium-doped fiber laser MOPA 1 915 nm 1 915 nm narrow bandwidth high efficiency 红外与激光工程
2018, 47(5): 0505001
1 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，上海 201800
2 西北核技术研究所 激光与物质相互作用国家重点实验室，陕西 西安 710024
3 哈尔滨工业大学 空间环境材料行为与评价技术国家级重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001
面向2 μm掺铥光纤激光器的空间应用，本文针对典型商用掺铥光纤(TDF)开展了γ射线辐照效应实验研究。利用60Co源放射的γ射线，对由5段同批次Nufern公司SM-TDF-10P/130-HE型TDF样品搭建的2 μm光纤激光器进行总剂量为90 krad(Si)、剂量率为05~30 rad/s的辐照效应在线测试。结果表明，TDF的出光性能在辐照过程中出现了显著衰减，衰减幅度随着剂量率的上升而增大。通过对TDF样品在辐照前和辐照后的吸收光谱进行对比测试，观察到在经过总剂量9 krad(Si)的γ射线辐照后，TDF对793 nm泵浦光的吸收峰接近消失。对前述经历γ辐照之后的TDF样品进行2 h的793 nm泵浦光漂白实验测试，未见其出现性能恢复现象。可见，面向空间应用的该典型掺铥光纤需大力提高耐空间辐射性能。
掺铥光纤 空间辐照 γ射线辐照效应 Tm-doped fiber spatial radiation gamma-ray irradiation effect
1 中国科学院上海光学精密机械研究所，上海 201800
2 中国科学院大学，北京 100049
掺铥光纤激光器(Tm-Doped Fiber Laser, TDFL)具有结构 紧凑、散热性能优良、光束质量好、非线性效应阈值高 等优点，其量子转换效率在理论上可达200%。TDFL产 生的1.7 ～ 2.1 m激光在多个领域具有广泛应用。简 要介绍了Tm3+离子的吸收谱和能级结构、TDFL三种泵浦方式的优 缺点以及国内外高功率TDFL的研究进展，并就其未来发展给 出了初步看法。
掺铥光纤激光器 泵浦方式 高功率 Tm-doped fiber laser pumping method high power
