Author Affiliations
Abstract
1 School of Electronic Engineering and Optoelectronic Technology, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing, China
2 MIIT Key Laboratory of Advanced Solid Laser, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing, China
With the increasing power of fiber lasers, single chirped and tilted fiber Bragg gratings (CTFBGs) cannot completely mitigate continuously enhanced system-excited stimulated Raman scattering (SRS). Although improving the loss rate of a single CTFBG or cascading multiple CTFBGs can provide better suppression of the stronger SRS, excessive insertion loss may cause significant attenuation of the output power. Confronting the challenge, we firstly present an SRS mitigation method based on a dual-structure fiber grating in this paper. The dual-structure fiber grating comprises a CTFBG and a fiber Bragg grating structure, which were designed and fabricated on a passive 25/400 double-clad fiber. To evaluate the performance of the grating, a 3 kW fiber master oscillator power amplifier laser is established. The experimental results demonstrate that the SRS mitigation rate of the grating is greater than 30 dB (99.9%), whereas the insertion loss is only approximately 3%, thus allowing for minimal deterioration of the output power. This solves the contradiction between high suppression rate and high insertion loss faced by CTFBGs, which in turn makes dual-structure fiber gratings particularly suitable for mitigating SRS in 3–5 kW high-power fiber lasers.
dual-structure fiber grating fiber optics component high-power fiber laser stimulated Raman scattering 
High Power Laser Science and Engineering
2023, 11(6): 06000e92
Zhigang Han 1,2,*Junbo Li 1,2Siliang Liu 1,2Fangxin Li 1,2[ ... ]Rihong Zhu 1,2
Author Affiliations
Abstract
1 School of Electronic Engineering and Optoelectronic Technology, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China
2 MIIT Key Laboratory of Advanced Solid Laser, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing 210094, China
Four-channel off-axis holography is proposed to simultaneously understand the polarization states and the mode coefficients of linearly polarized (LP) modes in few-mode fiber. Far-field off-axis holograms in the four polarization directions of the fiber laser were acquired at the same moment through a four-channel holographic device. The weights, the relative phase differences, and the polarization parameters of the vector fiber laser mode can be solved simultaneously. The simulated and experimental mode analysis of the laser output by 1060-XP fiber with 6 LP modes at 632.8 nm is conducted, which shows that the similarity of the total intensity distribution of the laser before and after mode analysis is above 0.97. The mode polarization states, the mode weights, and the relative phase differences of the few-mode laser can be determined simultaneously in a single shot by four-channel off-axis holography.
vectorial fiber laser few-mode fiber off-axis holography mode decomposition 
Chinese Optics Letters
2023, 21(12): 120601
作者单位
摘要
1 南京信息职业技术学院 电子信息学院, 南京 210023
2 南京理工大学 电子工程与光电技术学院, 南京 210094
为了解决万瓦级激光光闸耦合效率实时监测的难题, 采用通过实时探测光闸输出端工作光纤内部的后向散射光来监测耦合效率从而防止其耦合失效的安全控制方法, 仿真并建立了耦合偏差与后向散射光光强信号之间的映射规律与模型, 并基于此设计了相应的光闸耦合失效的安全控制系统。结果表明, 高功率激光光闸在安全控制系统的保证下能长期承载12kW以上功率, 并且耦合效率稳定在98%以上, 证明了该方法的有效性。该研究可以保证万瓦级激光光闸长期工作的高效性、稳定性及安全性, 促进我国激光制造领域关键部件的自主化。
激光技术 光闸 后向散射 耦合效率 安全控制 laser technique optic switch backscattering coupling efficiency safety control 
激光技术
2022, 46(5): 685
沈华 1,2朱日宏 1,2,*卞殷旭 1,2
作者单位
摘要
1 南京理工大学 电子工程与光电技术学院,江苏 南京 210094
2 南京理工大学 先进固体激光工业和信息化部重点实验室,江苏 南京 210094
目前光纤光栅在高功率连续光纤激光器中的应用主要有两个方面,一是作为谐振腔腔镜,二是用来抑制激光器的非线性效应。首先论述了光纤光栅作为腔镜技术的发展现状,然后着重论述了能够抑制光纤激光器中非线性效应的特殊光纤光栅的发展状况。并详细描述了倾斜布拉格光纤光栅抑制受激拉曼散射和受激布里渊散射、长周期光纤光栅抑制受激拉曼散射以及相移长周期光纤光栅抑制自相位调制或四波混频等非线性效应引起的光谱展宽的研究进展。最后展望了光纤光栅在高功率光纤激光器领域的发展趋势,认为光纤光栅将朝着更高承载功率与长波长方向发展,同时认为基于飞秒激光刻写的光纤光栅技术、能够同时抑制多种非线性效应的光纤光栅技术、以及基于光纤光栅的光纤激光器激光偏振控制技术等将成为新的研究热点。
高功率光纤激光器 光纤光栅 谐振腔腔镜 非线性效应抑制 high-power fiber laser fiber grating cavity mirror nonlinear effects suppression 
红外与激光工程
2022, 51(2): 20210908
作者单位
摘要
1 南京理工大学 电子工程与光电技术学院,江苏 南京 210094
2 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林 长春 130033
3 重庆嘉陵华光光电科技有限公司,重庆 400700
4 北京环境卫星工程研究所,北京 100094
5 苏州大学 光电科学与工程学院,江苏 苏州 215006
6 苏州市立医院 普外科,江苏 苏州 215002
7 苏州市立医院 生殖与遗传中心,江苏 苏州 215002
8 浙江大学 光电科学与工程学院,浙江 杭州 310027
传统病理学检测中,由于复杂的染色流程和单一的观察形式等限制着病情的诊断速度,而染色过程实质上是将颜色信息与形态特征关联,效果等同于现代数字技术的生物医学图像的图义分割,这使得研究者们可以通过计算后处理的方式,大大降低生物医学成像处理样品的步骤,实现与传统医学染色金标准一致的成像效果。近些年人工智能深度学习领域的发展促成了计算机辅助分析领域与临床医疗的有效结合,人工智能色彩迁移技术在生物医学成像分析上也逐渐表现出较高的发展潜力。文中回顾了深度学习色彩迁移的技术原理,列举此类技术在生物医学成像领域中的部分应用,并展望了人工智能色彩迁移在生物医学成像领域的研究现状和可能的发展趋势。
深度学习 人工智能 色彩迁移 生物医学成像 deep learning artificial intelligence color transfer biomedical imaging 
红外与激光工程
2022, 51(2): 20210891
李志杰 1,2孔庆庆 1,2张明栋 1,2金子蘅 1,2[ ... ]朱日宏 1,2
作者单位
摘要
1 南京理工大学 电子工程与光电技术学院,江苏 南京 210094
2 南京理工大学 先进固体激光工业和信息化部重点实验室,江苏 南京 210094
激光光闸可以将光纤激光器输出的单束激光通过多通道输出,实现激光器的“一机多用”,是现代化激光智能制造的关键性器件。由于光闸承载功率高达上万瓦,其耦合系统极易产生热效应,影响光闸使用性能。为解决万瓦级激光光闸热效应有效控制的难题,保证光闸的高效耦合与高质量光束输出,采用有限元分析法研究了光闸耦合系统的热效应物理机制,并提出一种基于水循环绕流冷却对光闸耦合系统进行热量管控的新方法。通过万瓦激光下的一系列实验验证,表明文中提出的热效应处理方法保证下,高功率激光光闸能长时间承载万瓦级功率,并保持98%以上的耦合效率,同时抑制了系统的热像差,保证了光闸输出激光的光束质量稳定性。该研究为高功率激光系统的热效应分析及处理提供了有效的手段。
激光光闸 热效应 有限元分析 绕流冷却 optic switch thermal effect finite element analysis flow around cooling 
红外与激光工程
2022, 51(2): 20210909
Yinxu Bian 1,2Kerong Jiao 1,2Xuecheng Wu 1,2Hua Shen 1,2,3,*[ ... ]Rihong Zhu 1,2
Author Affiliations
Abstract
1 School of Electronic Engineering and Optoelectronic Technology, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing210094, China
2 MIIT Key Laboratory of Advanced Solid Laser, Nanjing University of Science and Technology, Nanjing210094, China
3 Department of Material Science and Engineering, University of California Los Angeles, Los Angeles, CA90095, USA
Suppressing nonlinear effects in high-power fiber lasers based on fiber gratings has become a hotspot. At present, research is mainly focused on suppressing stimulated Raman scattering in a high-power fiber laser. However, the suppression of spectral broadening, caused by self-phase modulation or four-wave mixing, is still a challenging attribute to the close distance between the broadened laser and signal laser. If using a traditional fiber grating with only one stopband to suppress the spectral broadening, the signal power will be stripped simultaneously. Confronting this challenge, we propose a novel method based on phase-shifted long-period fiber grating (PS-LPFG) to suppress spectral broadening in a high-power fiber master oscillator power amplifier (MOPA) laser system in this paper. A PS-LPFG is designed and fabricated on 10/130 passive fiber utilizing a point-by-point scanning technique. The resonant wavelength of the fabricated PS-LPFG is 1080 nm, the full width at half maximum of the passband is 5.48 nm, and stopband extinction exceeds 90%. To evaluate the performance of the PS-LPFG, the grating is inserted into the seed of a kilowatt-level continuous-wave MOPA system. Experiment results show that the 30 dB linewidth of the output spectrum is narrowed by approximately 37.97%, providing an effective and flexible way for optimizing the output linewidth of high-power fiber MOPA laser systems.
fiber optics component high-power fiber laser nonlinear effects phase-shifted long-period fiber grating spectral broadening 
High Power Laser Science and Engineering
2021, 9(3): 03000e39
朱日宏 1,2,*孙越 1,2沈华 1,2,**
作者单位
摘要
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
2 南京理工大学先进固体激光工业和信息化部重点实验室, 江苏 南京 210094
光学自由曲面具有强大的矫正像差和优化系统结构的能力,被誉为现代光学系统的变革性元件。但是,自由曲面面形过于复杂,其高精度检测存在巨大的难度,这限制了自由曲面面形的制造水平,其大规模应用也受到限制。目前,光学自由曲面的检测技术主要是从非球面检测技术发展而来的。回顾了近年来光学自由曲面检测方法的发展历程,着重分析了几种典型的检测方法及其特点,并展望了自由曲面检测技术的未来发展趋势。
测量 光学自由曲面 面形检测 轮廓法 结构光 干涉法 
光学学报
2021, 41(1): 0112001
方泽远 1,2尹路 2,3闫明鉴 2韩志刚 2[ ... ]朱日宏 2,3
作者单位
摘要
1 上海机电工程研究所,上海 201109
2 南京理工大学 先进固体激光工信部重点实验室,江苏 南京 210094
3 南京理工大学 电子工程与光电技术学院,江苏 南京 210094
在高功率光纤激光器反向泵浦信号合束器的制作过程中,经熔融拉锥后输出端的信号光纤纤芯变细,在与输入端信号光纤熔接时产生模场失配问题,造成反向泵浦信号合束器的信号光传输效率降低。针对这一问题,文中搭建了信号光纤熔接的芯径失配功率损耗模型,简析了光纤熔接时芯径失配与信号光功率损耗的关系。设计了一套泵浦信号反向合束器信号光功率损耗测试系统。提出了一种通过优化反向合束器信号光纤参数,提升反向泵浦信号合束器的信号光功率传输效率的方法,并通过预拉锥工艺,制作出一支25/400 (6+1)×1反向合束器,经测试,信号光传输效率优于98%,实验室使用该反向合束器搭建了一台MOPA结构光纤激光放大器,实现了3 kW稳定输出。
backward pump-signal combiner (BPSC) core diameter mismatch signal light transmission efficiency light intensity distribution 反向泵浦信号合束器(BPSC) 芯径失配 信号光传输效率 光强分布 
红外与激光工程
2020, 49(10): 20200014
王念 1,2沈华 1,2,*朱日宏 1,2
作者单位
摘要
1 南京理工大学电子工程与光电技术学院, 江苏 南京 210094
2 南京理工大学先进固体激光工业和信息化部重点实验室, 江苏 南京 210094
了解激光焊接光致等离子体在多个波长下的光谱辐射场三维分布能够帮助研究人员获取等离子体的温度场分布、电子密度分布以及其他一些物理量的三维分布, 对于改进激光焊接工艺有着重要的意义。 了解等离子体光谱辐射能量传输到探测器靶面这一物理过程是重建激光焊接等离子体光谱辐射场的前提。 提出一种基于光学成像的等离子体光谱辐射能量传输模型: 基于辐射度量学, 研究等离子体光谱辐射发出到被探测器镜头接收这一过程, 推导等离子体中某一点被镜头接收到的光谱辐射通量占其向周围空间所发出总光谱辐射通量的比例系数ω1, 建立起光谱辐射传递模型; 基于光学成像原理, 研究光谱辐射由等离子体发出通过镜头到达探测器靶面这一成像过程, 推导等离子体中某一点被像素所接收到的光谱辐射通量占其被镜头所接收到的辐射通量的比例系数ω2, 建立起光学成像模型。 利用比例系数ω1和ω2得到等离子体中某一点被探测器某像素接收到的光谱辐射比例系数ω=ω1ω2, 从而建立起等离子体光谱辐射传输模型。 通过仿真实验, 考察利用所提模型对处在1 000~3 000 ℃之间呈对称温度分布与非对称温度分布的激光焊接等离子体的光谱辐射场重建效果。 结果表明, 对于温度呈对称分布的等离子体在400, 500, 600和700 nm四个波长下的光谱辐射场, 利用该模型进行反演的重建精度分别为5.39%, 6.5%, 7.25%和6.11%; 对于非对称温度分布等离子体的光谱辐射场, 进行反演的重建精度分别为9.34%, 10.07%, 10.68%和9.72%。 仿真实验结果表明, 利用该模型能够对激光焊接等离子体在400~700 nm之间各波长下的光谱辐射场进行较好的重建。 与其他模型对比, 该模型具有较好的重建精度, 能够满足工业应用领域的需求。
激光焊接技术 等离子体辐射场分布 光谱辐射传输模型 Laser welding technology Plasma radiation field distribution Spectral radiation transmission model 
光谱学与光谱分析
2020, 40(5): 1362

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