上海光機(jī)所高功率激光單元技術(shù)研發(fā)中心石英光纖材料課題組，近日在大模場有源光子晶體光纖的研制方面取得了重要進(jìn)展，成功制備獲得了纖芯直徑大于50μm、NA小于0.03的大芯徑光子晶體光纖，并在皮秒脈沖放大器中實(shí)現(xiàn)平均功率超過百瓦、單脈沖能量大于μJ量級(jí)的高光束質(zhì)量輸出（M2＜1.5）。該項(xiàng)突破打破了國際上僅由NKT公司等極少數(shù)企業(yè)掌握高亮度大模場光子晶體光纖制備技術(shù)的壟斷，為我國發(fā)展大能量超短脈沖光纖激光放大器奠定了核心激光材料基礎(chǔ)。
為了實(shí)現(xiàn)高光束質(zhì)量的激光輸出，并且盡可能打破端面激光損傷和非線性效應(yīng)這兩個(gè)因素對(duì)功率提高帶來的限制，在設(shè)計(jì)光纖時(shí)，應(yīng)盡量減小數(shù)值孔徑NA，并相應(yīng)增大纖芯直徑，從而使得基橫模模場直徑變大。這種通過降低NA實(shí)現(xiàn)大纖芯直徑的技術(shù)稱為大模場面積光纖（large-mode-area fiber，LMAF）技術(shù)。由于大模場光子晶體光纖在軍事、工業(yè)加工等方面的重要應(yīng)用潛力，國際上對(duì)大模場光子晶體光纖的研究極為關(guān)注，歐美等國先后提出了多種結(jié)構(gòu)的大模場PCF，其中NKT公司推出的40/200和85/260兩款光纖應(yīng)用最為廣泛，占據(jù)了絕大部分市場，上述兩款光纖在國內(nèi)的售價(jià)極高。國內(nèi)光子晶體有源光纖的制備技術(shù)嚴(yán)重滯后，無法制備纖芯直徑大于30μm的極低NA的大模場光子晶體光纖，長期依賴進(jìn)口產(chǎn)品，極大限制了國內(nèi)超短脈沖光纖激光放大器的研發(fā)。
“十二五”以來，高功率激光單元技術(shù)研發(fā)根據(jù)上海光機(jī)所“一三五”總體發(fā)展戰(zhàn)略指引，在中科院“重點(diǎn)部署項(xiàng)目”的支持和牽引下，在國內(nèi)率先開展了百微米纖芯直徑的大模場光子晶體光纖制備技術(shù)攻關(guān)，先后突破了大直徑低NA稀土摻雜石英玻璃芯棒的制備技術(shù)、空氣孔微結(jié)構(gòu)光子晶體光纖的拉制技術(shù)以及相關(guān)的檢測和評(píng)估技術(shù)，逐步建立和完善了一整套有源光纖預(yù)制棒制備、光纖拉制及性能檢測平臺(tái)，為上海光機(jī)所培養(yǎng)了一支特種光纖材料研制方面的專業(yè)人才隊(duì)伍，為推動(dòng) “先進(jìn)光纖激光與光子學(xué)技術(shù)”的學(xué)科發(fā)展奠定了關(guān)鍵材料基礎(chǔ)。
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