自研20μm_400μm保偏光纤基于振荡器种子实现4 kW突破.pdf
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1、强激光物理与技术研究快报自研 20 m/400 m 保偏光纤基于振荡器种子实现 4 kW 突破*廖世彪,罗涛,肖润珩,程俊杰,舒畅,李海清,邢颍滨,戴能利,李进延(华中科技大学武汉光电国家研究中心,武汉430074)摘 要:高功率窄线宽光纤激光器在相干合成、光谱合成以及非线性频率转换等领域发挥了重要的作用,吸引了大量国内外研究人员的广泛关注。近年来,华中科技大学武汉光电国家研究中心光纤激光技术团队持续进行优秀的国产化高功率窄线宽线偏振光纤激光技术的研究工作,2022 年,课题组采用基于振荡器的种子源加自研的保偏掺镱光纤先后实现单正向 1.2kW 和单反向 3.2kW 的线偏振窄线宽光纤激光输出
2、。近期,课题组进一步优化保偏掺镱光纤的掺杂组分,并改良振荡器种子源设计来抑制窄线宽保偏放大过程中的 TMI 和受激布里渊散射(SBS)效应,最终实现了输出功率 4.1kW 的窄线宽线偏振全光纤激光输出。关 键 词:掺镱保偏光纤;高功率窄线宽线偏振光纤放大器;振荡器种子源 中图分类号:TN248文献标志码:Adoi:10.11884/HPLPB202335.230258Breakthrough of 4 kW narrow linewidth linearly polarized laser based on afiber oscillator laser and a homemade Yb-d
3、oped fiberLiaoShibiao,LuoTao,XiaoRunheng,ChengJunjie,ShuChang,LiHaiqing,XingYingbin,DaiNengli,LiJinyan(Wuhan National Laboratory for Optoelectronics,Huazhong University of Science and Technology,Wuhan 430074,China)Abstract:High-powernarrowlinewidthfiberlasershaveplayedanimportantroleinthefieldsofcoh
4、erentsynthesis,spectralsynthesis,andnonlinearfrequencyconversion,attractingextensiveattentionfromdomesticandforeignresearchers.Inrecentyears,thefiberlasertechnologygroup(FLTG)ofWuhanNationalLaboratoryforOptoelectronics(WNLO)atHuazhongUniversityofScienceandTechnologyhasbeenconductingexcellentresearch
5、ondomesticallymanufacturedhigh-powernarrow-linewidthlinearlypolarizedfiberlasertechnology.In2022,theresearchteamachieveda1.2kWnarrowlinewidthlinearlypolarizedfiberlaseroutputbasedonaforward-pumpingstructureanda3.2kWnarrowlinewidthlinearlypolarizedfiberlaseroutputbasedonacounter-pumpingstructure,resp
6、ectively,adoptingafiberoscillatorlaser(FOL)seedandthehomemadepolarization-maintainingYb-dopedfibers(PMYDF).Recently,theresearchteamachieveda4.1kWnarrowlinewidthlinearlypolarizedfiberlaseroutputbyapplyingthecombinationofanoptimizingdopedcomponentPMYDFandanimprovedFOLseedforsuppressingtheTMIandstimula
7、tedBrillouinscattering(SBS)effectsduringthepowerscaling.Key words:polarizationmaintainingYb-dopedfiber,highpowernarrowlinewidthlinearlypolarizedfiberamplifier,fiberoscillatorlaserseed高功率窄线宽光纤激光器在相干合成、光谱合成以及非线性频率转换等领域发挥了重要的作用,吸引了大量国内外研究人员的广泛关注。目前,在非保偏窄线宽光纤激光器的研究领域,国内相关研究人员取得了较多优异的研究成果,例如:2022 年,中国工程物
8、理研究院激光聚变中心团队实现了 5.07kW、0.37nm,光束质量 Mx2=1.252、*收稿日期:2023-08-10;修订日期:2023-08-20基金项目:国家自然科学基金项目(61975061,61735007)联系方式:廖世彪,。通信作者:李进延,。第35卷第9期强激光与粒子束Vol.35,No.92023年9月HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSSep.,2023091004-1My2=1.322 的激光光束输出1;2022 年,国防科技大学团队实现了 6kW、0.78nm 的近单模输出2;2023 年,国防科技大学团队再次突破功率输出,实现了 7.03k
9、W、0.76nm 的近单模输出3。同时,在保偏窄线宽光纤激光器研究领域,由于非线性效应对于偏振的依赖特性,其非线性阈值较非保偏激光系统会更低,要实现高功率输出更为困难,因此保偏窄线宽光纤激光器的输出功率较非保偏低。2018 年,美国 IPG 公司实现了 2kW 的线偏振激光输出,线宽为 0.083nm4。2022 年,中国工程物理研究院应用电子学研究所通过优化调节的相位调制系统先后报道了4.45kW 和 5kW 级近衍射极限的窄线宽线偏振光纤激光输出5-6。同年,国防科技大学通过优化模式不稳定(TMI)抑制技术,也先后实现了 4kW 和 4.5kW 的窄线宽线偏振光纤激光输出7-8。近年来,华
10、中科技大学武汉光电国家研究中心光纤激光技术团队持续进行优秀的国产化高功率窄线宽线偏振光纤激光技术的研究工作,2022 年,课题组采用基于振荡器的种子源加自研的保偏掺镱光纤先后实现单正向 1.2kW 和单反向 3.2kW 的线偏振窄线宽光纤激光输出9-10。近期,课题组进一步优化保偏掺镱光纤的掺杂组分,并改良振荡器种子源设计来抑制窄线宽保偏放大过程中的 TMI 和受激布里渊散射(SBS)效应,最终实现了输出功率 4.1kW 的窄线宽线偏振全光纤激光输出。系统结构如图 1 所示。种子源(seed)由基于振荡器结构的窄线宽线偏振激光经 200m 长的无源保偏光纤光谱展宽后产生,其3dB 线宽约为 0
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