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技術前沿

國防科技大學實現4.5kW、0.33nm近單模窄線寬保偏光纖激光輸出

激光制造網 來源:《強激光與粒子束》2022-07-09 我要評論(0 )   

作者:任帥,陳益沙,馬鵬飛,李魏,王廣建,劉偉,周樸單位:國防科技大學前沿交叉學科學院研究背景高功率窄線寬光纖激光器是光束合成和非線性頻率變換等應用領域的重要單纖...

作者:任  帥,陳益沙,馬鵬飛,李魏,王廣建,劉偉,周樸
單位:國防科技大學前沿交叉學科學院


研究背景 

     高功率窄線寬光纖激光器是光束合成和非線性頻率變換等應用領域的重要單纖光源。目前,課題組已經實現了6 kW級非保偏光纖激光輸出。然而,相比于非保偏光纖,保偏光纖中的受激布里淵散射(SBS)、受激拉曼散射(SRS)等非線性效應更強,熱致模式不穩定(TMI)閾值更低,因此,線偏振窄線寬光纖激光器的功率增長和光束質量保持更加困難。2021年,國內同行報道了3.6 kW線偏振窄線寬近單模光纖激光輸出。


圖文速覽 

     近期,課題組通過優化TMI抑制技術,近單模保偏光纖激光器的輸出功率突破4.5 kW,3 dB線寬為0.33 nm。4.5 kW保偏光纖激光器結構如圖1所示,首先,中心波長為1064 nm的線偏振單頻激光器通過白噪聲相位調制(WNS-PM)形成窄線寬種子,該種子經保偏預放大器(PM-AMPs)后功率提升至約20 W,保偏環形器(PM-Circulator)用來探測后向回光。隨后,種子光通過保偏模式匹配器(PM MFA)進入主放大器。主放大器基于雙向泵浦結構搭建,976 nm的穩波長泵浦源(LDs)分別通過兩個保偏(6+1)×1合束器(PM (6+1)×1 Combiner)注入長度為10 m、纖芯/包層直徑為20/400 μm的大模場保偏摻鐿光纖(PM YDF),前后兩個保偏包層光濾除器(PM CPS)用來濾除系統中的殘余包層光。最后,信號激光通過保偏光纖端帽輸出(PM QBH)。

圖1 4.5 kW窄線寬線偏振光纖激光器結構示意圖

實驗結果如圖2所示,其中,圖2(a)為信號激光和后向回光的功率增長曲線,當注入5238 W的泵浦光時,獲得了4515 W的輸出激光,斜率效率為87.1%,回光功率近似線性增長,系統中沒有發生SBS效應;圖2(b)為功率放大過程中的光譜特性,當激光功率為4515 W時,光譜3 dB線寬為0.33 nm,SRS抑制比為48 dB;圖2(c)所示的偏振消光比(PER)在功率增長過程中處于14.7 dB和10.3 dB之間,4005 W時的PER為12.5 dB,隨后由于后向合束器的熱效應,PER出現了下降,最高功率下的PER為10.3 dB,光束質量測量值為M2x =1.55,M2y=1.46。

圖2 實驗結果圖

未來展望

課題組基于主振蕩功率放大結構,實現了4.5 kW、0.33 nm近單模線偏振光纖激光器。下一步,將繼續優化全保偏光纖激光器中的TMI效應抑制方法和相位調制技術,實現更高功率更窄線寬的激光輸出。

致謝  

感謝國家自然科學基金項目(61705264,62005313)、湖南省創新研究群體項目(2019JJ1005)等對文中工作的支持;感謝陳子倫老師提供的自制保偏光纖輸出端帽和泵浦光濾除器;感謝實驗員周聰、肖亮、宋濤等對本實驗的支持。

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