摘要：LD泵浦掺镱光纤激光器具有低成本、高效率、高光束质量等优点,在工业、科研、国防等领域有着广泛的应用。在大部分实际应用中,由功率和光束质量决定的亮度是影响光纤激光器实际作用性能的核心指标。受到非线性效应(尤其是受激拉曼散射)和模式不稳定效应的限制,当前高亮度掺镱光纤激光器输出功率提升遭遇了明显的技术瓶颈。为了抑制非线性效应和模式不稳定效应,在传统方法的基础上,提出了变纤芯直径光纤和优化泵浦波长等成体系的方法以提升光纤激光器的输出功率;为了有效提高对光纤激光器的设计研发能力,提出并开发了具有自主知识产权的光纤激光仿真软件SeeFiberLaser。首先,介绍了影响宽谱高功率掺镱光纤激光器亮度提升的主要限制因素,给出了各个限制因素的抑制方法;其次,利用自研光纤激光仿真软件SeeFiberLaser对提升光纤激光器功率的方法进行优化设计,并对工业常用的振荡器和高亮度光纤激光放大器进行仿真优化;然后,介绍课题组采用后向泵浦、变纤芯直径光纤和优化泵浦波长等方法提升激光功率,实现的6~10 kW高亮度功率光纤激光器;最后,对更高亮度光纤激光器的技术方案进行讨论和展望,提出了无源器件集成化、增益传能光纤一体化等思路,提出了基于变纤芯直径增益传能一体化光纤和集成化无源器件的新型高功率近单模光纤激光器技术方案。

摘要：高功率掺镱光纤激光器由于高转换效率、高光束质量、热管理方便、系统结构紧凑等优势,在工业加工、智能制造和国防军事等领域得到广泛应用。随着输出功率的提高,光纤中的受激拉曼散射(SRS)和模式不稳定效应(TMI)成为宽谱光纤激光器的主要限制因素。为了综合抑制这两种效应,优化有源光纤的结构设计成为了有效的解决方案之一。不同于常规均匀直径光纤,长锥形光纤采用熔融拉锥、机械抛磨、变速拉丝等手段使得光纤纤芯直径沿长度方向逐渐变化。由于其独特的结构优势,使其能够在保持良好模式特性的同时抑制光纤中的非线性效应。此外,长锥形光纤的阶跃折射率结构能够较好地与商用光纤器件匹配,具有应用于高功率光纤激光的较大潜力。

摘要：与采用主振荡功率放大结构的光纤激光器相比,光纤激光振荡器具有结构紧凑、成本低廉、抗反射回光能力强、稳定性好等优点。随着光纤器件和工艺的发展,全光纤激光振荡器实现了5kW近衍射极限输出。围绕掺镱光纤激光振荡器,详细介绍了空间结构振荡器和全光纤结构振荡器的研究进展及其面临的问题。根据高功率光纤激光振荡器的主要限制因素非线性效应和模式不稳定,从特殊设计增益光纤和振荡器全局优化设计两方面,初步探讨了进一步提升高功率光纤振荡器功率的技术途径,以期为实现万瓦量级单模光纤激光振荡器提供参考。

摘要：高功率光纤激光器具有高效率、小体积、低成本、抗回光能力强等突出优点,在工业加工等应用领域中具有明显的竞争优势。近期,国防科技大学基于光纤耦合半导体激光器(LD)直接泵浦的主振荡功率放大器(MOPA)实现了单纤20.27 kW的功率输出。放大器采用纯后向泵浦方案,中心波长1080 nm,光光效率达到84.8%,拉曼散射抑制比大于50 dB。通过优化光纤和器件的设计,可进一步提升激光器的功率和光束质量。

摘要：为了实现一款全国产、界面友好、使用简单、能够指导科研和产业设计的光纤激光仿真软件,进行了光纤激光仿真软件的开发研究。在光纤激光理论研究的基础上,初步开发了能够对高功率掺镱光纤激光器进行仿真的软件See Fiber Laser和能够对光纤激光器相关参数进行计算的光纤激光工具集SFTool。介绍了两款软件的部分理论模型、基本功能和简单算例,该研究有望降低光纤激光器的研究和设计难度。