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窄线宽光纤激光突破4 kW近单模输出

马鹏飞 肖虎 冷进勇 李灿 陈子伦 王小林 王泽锋 周朴 陈金宝

马鹏飞, 肖虎, 冷进勇, 李灿, 陈子伦, 王小林, 王泽锋, 周朴, 陈金宝. 窄线宽光纤激光突破4 kW近单模输出[J]. 红外与激光工程, 2021, 50(1): 20200421. doi: 10.3788/IRLA20200421
引用本文: 马鹏飞, 肖虎, 冷进勇, 李灿, 陈子伦, 王小林, 王泽锋, 周朴, 陈金宝. 窄线宽光纤激光突破4 kW近单模输出[J]. 红外与激光工程, 2021, 50(1): 20200421. doi: 10.3788/IRLA20200421
Ma Pengfei, Xiao hu, Leng jinyong, Li san, Chen zilun, Wang xiaolin, Wang zefeng, Zhou pu, Chen jinbao. Beyond 4 kW narrow-linewidth and near single-mode fiber laser[J]. Infrared and Laser Engineering, 2021, 50(1): 20200421. doi: 10.3788/IRLA20200421
Citation: Ma Pengfei, Xiao hu, Leng jinyong, Li san, Chen zilun, Wang xiaolin, Wang zefeng, Zhou pu, Chen jinbao. Beyond 4 kW narrow-linewidth and near single-mode fiber laser[J]. Infrared and Laser Engineering, 2021, 50(1): 20200421. doi: 10.3788/IRLA20200421

窄线宽光纤激光突破4 kW近单模输出

doi: 10.3788/IRLA20200421
详细信息
    作者简介:

    马鹏飞(1987−),男,副研究员,博士,主要从事高功率窄线宽光纤激光及其合成方面的研究工作

    通讯作者: 周 朴(1984−),男,研究员,博士生导师,主要从事光纤激光与光束合成等方面的研究。

Beyond 4 kW narrow-linewidth and near single-mode fiber laser

  • 摘要: 中文
  • 图  1  高功率窄线宽光纤放大器实验结构及实验结果 (a) 实验结构图 (b) 输出功率曲线 (c) 满功率输出时的光谱和远场光斑结果

    Figure  1.  Structure and output properties of the high power narrow linewidth fiber amplifier: (a) Schematic of the fiber amplifier (b) Output power properties (c) Output spectrum and far-field beam profile at full-power operation

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出版历程
  • 收稿日期:  2020-10-30
  • 修回日期:  2020-12-12
  • 网络出版日期:  2021-01-25
  • 刊出日期:  2021-01-25

窄线宽光纤激光突破4 kW近单模输出

doi: 10.3788/IRLA20200421
    作者简介:

    马鹏飞(1987−),男,副研究员,博士,主要从事高功率窄线宽光纤激光及其合成方面的研究工作

    通讯作者: 周 朴(1984−),男,研究员,博士生导师,主要从事光纤激光与光束合成等方面的研究。

摘要: 中文

English Abstract

  • 高功率窄线宽光纤激光在光束合成、非线性频率变换等领域具有重要应用需求,近年来成为激光技术领域的研究热点。目前,已有多家单位报道了千瓦级(以上)量级的高功率窄线宽光纤激光。2016年,笔者所在课题组基于半导体直接泵浦方案实现了1.89 kW线偏振窄线宽激光输出,偏振消光比为15.5 dB,3 dB激光线宽为45 GHz;2018年,课题组又基于同带泵浦方案实现了3.94 kW高功率窄线宽激光输出,满功率输出时90 %以上功率集中在宽度为0.89 nm的光谱范围内,但是模式不稳定(TMI)引起了光束质量的劣化。由于谱功率密度高、相干性好,窄线宽光纤激光系统存在受激布里渊散射(SBS)、受激拉曼散射(SRS)、TMI等多重非线性效应,提升输出功率的同时保持光束质量面临较大困难。

    最近,本课题组基于白噪声相位调制技术抑制SBS,引入高阶模相对损耗抑制TMI,实现输出功率达~4125 W的高功率、近单模窄线宽光纤激光输出。系统结构如图1(a)所示,通过对单频种子施加白噪声信号调制获得中心波长为1071.6 nm、功率为20 mW的窄线宽种子源(Seed);随后经过三级预放大器(P-As)预放大到~40 W后经过99.9∶0.1的耦合器(Coupler)和模式匹配器(MFA)后注入主放大器;耦合器(Coupler)的0.1%端口用以监测(Monitor)放大过程中的回光变化;主放大器选用20/400 μm增益光纤(YDF,NA~0.061),采取双向泵浦方式抽运,前后向泵浦功率配比约为1∶2;前后向残余的包层光通过滤除器(CLS1、CLS2)滤除,放大输出激光通过光纤端帽和准直器(Endcap+CO)输出到自由空间。输出功率与泵浦功率的关系如图1(b)所示,系统最大输出功率为4125 W,对应的主放大器斜率效率为~74%。满功率输出时的光谱测量结果如图1(c)所示,3 dB线宽为~0.44 nm,在光谱信噪比达55 dB时没有观察到明显的SRS效应;此外,图1(c)给出了最高功率下输出激光的远场光斑分布,M2因子测量值为1.23。进一步功率提升可能会面临TMI或SRS效应的制约,对上述两种效应的进一步权衡优化是下一步的工作重点。

    图  1  高功率窄线宽光纤放大器实验结构及实验结果 (a) 实验结构图 (b) 输出功率曲线 (c) 满功率输出时的光谱和远场光斑结果

    Figure 1.  Structure and output properties of the high power narrow linewidth fiber amplifier: (a) Schematic of the fiber amplifier (b) Output power properties (c) Output spectrum and far-field beam profile at full-power operation

    致 谢 感谢国家自然科学基金项目(61705264)、湖南省创新研究群体(2019JJ1005)、预研领域基金重点项目等对文中工作的支持;感谢张汉伟、许将明、姚天甫、杨保来、肖亮、何加威、喻湘荣、徐小勇、张坤、宋涛等在实验过程中的支持和帮助。

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