1 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
2 武汉长进激光技术有限公司，湖北 武汉 430223
3 上海保隆汽车科技股份有限公司，上海 201619
基于改进的化学气相沉积(MCVD)工艺和溶液掺杂法，成功制备出25 μm/ 300 μm大模场铒镱共掺光纤，并研究了其激光放大性能。该光纤的纤芯数值孔径为0.12，940 nm包层的吸收系数为2.85 dB/m。搭建了全光纤主振荡功率放大(MOPA)结构测试平台，当铒镱共掺光纤长度为8 m，940 nm泵浦光功率为141 W时，输出功率最大为61.7 W，斜率效率达到42%，输出光谱没有观察到明显的放大自发辐射(ASE)。
激光器 光纤激光器 铒镱共掺 大模场面积光纤 高功率激光 中国激光
2022, 49(13): 1301004
1 中国科学院上海光学精密机械研究所，上海 201800
2 中国科学院上海光学精密机械研究所，上海 201800；中国科学院大学 杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
基于自制的掺镱大模场光子晶体光纤，探索出一种高效快速的光子晶体光纤端面处理工艺。使用二氧化碳激光熔接机对光子晶体光纤进行旋转加热处理，并配合大口径光纤切割刀对塌缩区域进行切割。通过对比光纤在不同激光加热功率和加热时间下的塌缩效果，确定了最佳的加热功率和时间。对端面处理后的光纤进行激光震荡实验，测试光纤的激光性能，与未进行端面处理时的激光实验结果相比较，端面塌缩处理没有对光纤的激光性能产生较大的影响。通过所述的实验方法，成功得到高质量光子晶体光纤塌缩端面，空气孔塌缩界面齐整，且没有对光纤本身的激光性能产生较大的影响。实验工艺周期短、成功率高，证明利用激光加热塌缩来处理光子晶体光纤端面是一种非常有效的方法，极大地拓展了光子晶体光纤的使用范围，具有很强的实用价值。
光子晶体光纤 大模场光纤 二氧化碳激光 光纤塌缩 photonic crystal fiber large mode area fiber carbon dioxide laser fiber collapse 红外与激光工程
2020, 49(12): 20201065
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
通过在周期性梳状折射率结构的最外层增加一个高折射率平台的方法，对梳状折射率分布大模场光纤的波导结构进行了优化，使其在模场面积、模场分布及抗弯曲性能方面都有明显提升。模拟研究结果表明，与已有单一梳状折射率分布的光纤相比，优化后的大模场光纤的模场面积提高了700 μm2以上，且在相同弯曲半径下，基模弯曲损耗由6 dB/m降低为0.1 dB/m。此外，通过对最外层高折射率平台的参数进行调制可实现不同的模场分布，包括高斯分布、平坦化分布和环状分布，满足特殊激光加工工业的应用需求。
光纤光学 大模场光纤 模场调制 弯曲损耗 激光加工 fiber optics large mode area fiber mode field modulation bending loss laser processing 红外与激光工程
2019, 48(9): 0918005
1 北京交通大学 光波技术研究所 全光网络与现代通信网教育部重点实验室, 北京 100044
2 河北工业大学 电子信息工程学院, 天津 300401
为了进一步提升光纤激光器的输出功率, 采用大模场面积掺铥光纤来抑制非线性效应, 利用非均匀布喇格掺铥光纤结构, 通过优化参量, 在满足单模传输条件下获得模场面积为719μm2的大模场面积光纤。基于此光纤建立了793nm波长抽运下大模场掺铥光纤放大器理论模型。由于大模场面积光纤能降低光功率密度, 抑制Stokes光功率, 因此该种光纤放大器在高抽运功率下相比普通单模光纤放大器能够得到更大的输出功率。结果表明, 当抽运光功率为100W时, 所设计大模场面积光纤与普通单模光纤相比, 转换效率提高5%, 达到40%, 输出功率达到41.01W。以上研究对于实际掺铥光纤放大器的设计有重要应用价值。
光纤光学 大模场光纤 掺铥光纤放大器 非线性光学 fiber optics large-mode-area fiber thulium-doped fiber amplifier nonlinear optics
北京工业大学 激光工程研究院 国家产学研激光技术中心, 北京 100124
为了提高大模场面积光纤到单模光纤的耦合效率, 利用加热扩芯的方法, 对单模光纤进行了热扩芯处理, 实现了大模场面积双包层光纤15/130 μm到单模光纤6/125 μm的模式匹配。对进行热扩芯处理的模场匹配器的传输损耗进行了理论分析; 利用自行搭建的中心波长为1 064 nm的激光光源分别测量了商用及自制的模场匹配器的传输损耗。实验结果表明: 采用加热扩芯的方法极大地提高了大模场面积光纤到单模光纤的模场匹配器的模式耦合效率。与商用的模场匹配器相比, 自制的模场匹配器具有更高的耦合效率和运行功率, 其热处理能力更强, 可靠性也更好, 运行功率可以达到100 W; 在进行风冷的情况下, 稳定工作时间累计为120 min, 最终可以获得 73 W的单模光输出, 热处理能力为27 W。模场匹配器性能的提高满足了高功率光纤元器件发展的需要, 有利于实现光纤激光系统的全光纤化。
大模场光纤 单模光纤 热扩芯 模场匹配器 耦合效率 large mode area fiber single-mode fiber thermally expanded core mode field adaptor coupled efficiency
中国工程物理研究院激光聚变研究中心， 四川 绵阳 621900
报道了一种基于大模场光纤级联放大的全光纤高峰值功率纳秒脉冲产生系统。将单模光纤前端系统输出的10 ns、100 nJ任意整形脉冲输入由芯径15、30、140 μm的掺镱大模场光纤级联构成的光纤放大器放大，获得了能量3.2 mJ、峰值功率0.3 MW的整形纳秒脉冲。研究了该光纤系统极限输出能力，在高斯脉冲注入的情况下实现了光纤系统10 ns/7.2 mJ/0.7 MW高能量和1.16 ns/3.7 mJ/3.2 MW高峰值功率输出。
激光器 高功率光纤激光器 大模场光纤放大器 脉冲整形 中国激光
2011, 38(12): 1202002
为了获得大模场光纤结构以提升光纤激光的输出功率，通常采取多种技术措施来增加光纤的模场大小。但随着光纤模场大小的增加，光纤波导对模场的约束能力下降，导致模场大小的提升受到限制。从光纤波导的本征模场理论出发，首先分析大模场光纤模场分布的特点，然后讨论模式耦合和模场畸变现象对模场大小增长的限制作用。最后，在考虑限制因素影响的基础上，应用有限元分析方法对几种折射率分布的光纤模场进行计算。结果表明，光纤模场的等效面积与相邻模式之间的等效折射率平方差的乘积趋向一个常量，光纤模场大小的增长受到这一常量的约束。
光纤激光器 大模场光纤 模场大小 模场畸变 模式耦合 激光与光电子学进展
2010, 47(12): 120602
天津大学 精密仪器与光电子工程学院光电信息技术科学教育部重点实验室,天津 300072
实验研究了基于掺Yb3+单偏振大模场面积光子晶体光纤的高单脉冲能量光纤飞秒激光放大器。该放大器为非线性放大,利用自相位调制实现非线性相移得到光谱展宽。由于压缩器提供适当的色散补偿,并优化振荡放大系统中的增益、非线性、高阶色散参数,使得压缩后脉冲具有较高的峰值功率。同时利用声光调制器降低振荡级的重复频率到1 MHz,最后得到最短脉冲宽度124 fs,单脉冲能量1.56 μJ,对应峰值功率12.6 MW的激光输出。
光子晶体光纤 大模场面积光纤 飞秒激光 光纤放大器
天津大学精密仪器与光电子工程学院 光电信息技术科学教育部重点实验室，天津 300072
利用包含喇曼增益、抽运消耗、自相位调制、交叉相位调制和群速度色散效应的耦合非线性薛定谔方程组，对千瓦级高功率纳秒脉冲在单模光纤中的传输特性进行了模拟计算.分析了输入脉冲和斯托克斯脉冲的演化过程，研究了大模面积光纤对受激喇曼散射的抑制作用.研究结果表明，采用模面积为530 μm2的光子晶体光纤作为惯性约束聚变脉冲整形系统的传输介质，能有效抑制受激拉曼散射，不但信号衰减较小，而且中心凹陷程度较低.
高功率纳秒脉冲 受激喇曼散射 大模面积光纤 非线性 High-power nanosecond optical pulse Stimulated Raman scattering Large mode area fiber Nonlinearity
天津大学 精密仪器与光电子工程学院 激光与光电子研究所 光电信息科学技术教育部重点实验室,天津 300072
为了实现大模场单模光纤,采用增益导引和折射率反导引相结合的新方法,进行了腔镜反射率对增益导引折射率反导引光纤激光器影响的理论研究,数值模拟了不同增益系数和负折射率差值情况下的模场分布及对模场的影响,得出了单模运转条件。结果表明,增益导引和折射率反导引光纤可以实现大模场面积,这为设计大模场光纤提供了理论依据,具有重要的指导意义。
光纤光学 光纤激光器 大模场光纤 增益导引 折射率反导引 增益阈值 fiber optics fiber laser large mode area fiber gain guiding index antiguiding gain threshold value
