Author Affiliations
Abstract
1 College of Advanced Interdisciplinary Studies, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
2 Nanhu Laser Laboratory, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
3 Hunan Provincial Key Laboratory of High Energy Laser Technology, National University of Defense Technology, Changsha 410073, China
A low-numerical-aperture (NA) concept enables large-mode-area fiber with better single-mode operation ability, which is beneficial for transverse mode instability and nonlinear effects suppression. In this contribution, we reported a high-power fiber amplifier based on a piece of self-developed large-mode-area low-NA fiber with a core NA of 0.049 and a core/inner cladding diameter of 25/400 µm. The influence of the pump wavelength and fiber length on the power scaling potential of the fiber amplifier is systematically investigated. As a result, an output of 4.80 kW and a beam quality factor of ∼1.33 were finally obtained, which is the highest output power ever reported in a fiber amplifier exploiting the low-NA fiber. The results reveal that low-NA fibers have superiority in power scaling and beam quality maintenance at high power levels.
high power fiber lasers ytterbium-doped fiber low-numerical-aperture fiber mode instability Chinese Optics Letters
2024, 22(4): 041404
强激光与粒子束
2024, 36(1): 011001
王鹏 1,2,3孟祥明 1,2,3吴函烁 1,2,3叶云 1,2,3[ ... ]陈金宝 1,2,3,*
1 国防科技大学 前沿交叉学科学院，长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室，长沙 410073
3 国防科技大学 高能激光技术湖南省重点实验室，长沙 410073
半导体激光（LD）泵浦的高功率光纤激光器具有效率高、体积小、重量轻、稳定性好等优点，在工业加工等诸多领域都有着广泛的应用。为了提高泵浦光吸收率，传统光纤激光器常用915 nm和976 nm波段的LD作为激光的泵浦源。在该类LD泵浦的光纤激光器中，由于量子亏损和泵浦吸收系数相对较高，光纤激光器的热致模式不稳定（TMI）阈值相对较低。为了提高量子效率和潜在的TMI阈值，提出采用大于1010 nm波段的LD直接泵浦光纤激光器，产生高量子效率激光。搭建了振荡放大一体化的全光纤激光器，采用总泵浦功率为2.56 kW的1010 nm波段LD泵浦，首次获得输出功率2.05 kW、光束质量M2约1.7的激光。后续将通过进一步增大泵浦功率、优化光纤特性以实现更高功率、更优光束质量的光纤激光输出。
光纤激光器 量子亏损 振荡放大一体化 模式不稳定 fiber laser quantum defect oscillating-amplifying integrated laser transverse mode instability 强激光与粒子束
2024, 36(3): 031001
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
3 国防科技大学高能激光技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
研制了一款输入输出均为50 μm大芯径信号光纤的高泵浦光耦合效率、高光束质量保持的（6+1）×1反向泵浦/信号合束器。利用仿真软件分析了锥区长度、拉锥比例以及玻璃管折射率对泵浦光耦合效率的影响，纤芯轴向偏移量对信号光传输效率及光束质量的影响。合束器的制作中，使用半掺氟的薄壁玻璃管提高泵浦臂性能，泵浦耦合效率大于98.5%，无主动制冷情况下温升小于10 ℃/kW。采用包层腐蚀变径技术保证信号光纤在组束过程中纤芯不变形，并通过光束质量因子反馈对准熔接，实现了高光束质量保持的合束器的研制，光束质量退化比仅为3.4%。在合束器信号光纤尾端制作包层光滤除器并熔接端帽构成一体化器件，应用于单级主振荡功率放大结构的窄线宽激光系统中，实现了4.1 kW近单模输出，拉曼抑制比为40.5 dB。
泵浦/信号合束器 高功率光纤激光 光束质量
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
3 国防科技大学高能激光技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
模式不稳定是限制当前高功率光纤激光器功率提升的主要因素。在近单模光纤激光器中，一般采用减小光纤弯曲直径的方法增加高阶模损耗、提升模式不稳定阈值；然而，少模光纤激光器中存在多个高阶模式，会导致动态模式不稳定（TMI）阈值随着弯曲直径减小而降低的反常模式不稳定现象。基于纤芯/包层直径为30/600 μm的双包层掺镱光纤以及具有不同直径的光纤水冷柱，设计了一台后向泵浦的高功率光纤放大器，研究了该激光器中的反常模式不稳定现象。结果表明：当采用中心波长为976 nm的稳波长激光二极管（LD）作为泵浦源时，随着增益光纤弯曲直径由13 cm增加至16 cm，激光器的TMI阈值由1650 W提升至3740 W，提升幅度约为1.27倍，输出激光的相对亮度提升了87%。光纤弯曲直径的增加虽然会带来输出激光光束质量的轻微退化，但输出激光的相对亮度能够大幅提升。最终，结合光纤弯曲以及泵浦波长优化，实现了7.1 kW高亮度光纤激光输出，相对亮度为1293。
光纤光学 光纤放大器 反常模式不稳定 光纤弯曲 泵浦波长优化
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
光纤光栅（FBG）在高功率光纤振荡器中发挥着重要作用，既可以作为谐振腔腔镜，又可以抑制受激拉曼散射（SRS）效应。使用飞秒激光在芯径为30 μm的大模场双包层光纤（LMA-DCF）上刻写了波长为1080 nm的FBG对以及波长为1135 nm的啁啾倾斜光纤光栅（CTFBG），利用FBG对搭建了全光纤振荡器，并使用CTFBG抑制了SRS，实现了9 kW激光功率输出，斜率效率为83.4%。研究结果有利于推动高功率FBG的研制和高功率光纤振荡器的发展。
光纤光学 飞秒激光 光纤振荡器 高功率激光器 受激拉曼散射 光纤光栅
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
啁啾倾斜光纤布拉格光栅（CTFBG）是高功率光纤激光系统中抑制受激拉曼散射（SRS）的关键器件。使用飞秒激光在50 μm/400 μm光纤上研制了可承受10 kW激光功率的CTFBG。CTFBG插入损耗为0.03 dB，制冷后的功率温升系数仅为2.4 ℃/kW，验证了飞秒激光刻写的CTFBG具有优异的功率承受能力。
光纤光学 飞秒激光 高功率光纤激光器 受激拉曼散射 光纤布拉格光栅 啁啾倾斜光纤布拉格光栅
李炫熹 1,2,3杨林永 1,2,3周智越 1,2,3黄威 1,2,3[ ... ]王泽锋 1,2,3,*
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
3 高能激光技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
中国激光
2023, 50(24): 2416004
曹涧秋 1,2,3刘爱民 1,2,3陈毛妮 1,2,3田源 1,2,3[ ... ]陈金宝 1,2,3,*
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
3 国防科技大学高能激光技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410073
中国激光
2023, 50(22): 2216001
1 国防科技大学前沿交叉学科学院，湖南 长沙 410073
2 国防科技大学南湖之光实验室，湖南 长沙 410073
中国激光
2023, 50(21): 2116002
