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22 GHz窄线宽全光纤激光器实现2.62 kW近衍射极限输出

发布日期: 2020-06-30 阅读次数:
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楚秋慧,廖若宇,舒  强,陶汝茂,颜冬林,李峰云,林宏奂,温  静,王建军,景 

(中国工程物理研究院 激光聚变研究中心,四川 绵阳 621900

由于受到物理因素和技术因素等方面的影响,单纤激光的输出功率很难进一步提升。目前,实现光纤激光器输出功率进一步提升的有效方法是光束合成。为保证光束合成的效率和质量,要求合成激光子束具有窄线宽和高光束质量的特性,且光谱线宽越窄,合成效果越好。目前,基于全光纤结构的光纤激光器最高输出功率达到3.7 kW,但是其光谱线宽为80 GHz,而20 GHz线宽的全光纤激光器的最高输出功率为2.19 kW22.8 GHz),但是其输出光束质量较差(M2=1.46)。最近,我们通过SBS抑制和模式控制技术,在22 GHz线宽下实现了2.62 kW激光输出,光束质量接近衍射极限。

基于主振荡功率放大结构搭建了1 064 nm窄线宽光纤激光系统,种子源线宽为21.7 GHz,通过对SBS效应和MI效应进行控制,最终得到了2.62 kW窄线宽激光输出,输出功率与返回光功率随泵浦功率变化如图1所示。当泵浦功率为3 450 W时,激光器的输出功率为2 625 W,光光效率为76%,输出功率增长过程中,返回光功率由于SBS效应呈现非线性增长趋势。

1 激光输出功率与返回功率随泵浦功率的变化

  不同输出功率下的输出光谱和返回光光谱如图2所示。从输出光谱上看,随着输出功率的提升,输出光谱线宽不变,当输出功率为2 625 W时,光谱线宽仍为21.7 GHz。从返回光光谱上看,随着输出功率的增加,返回光光谱强度增加,当输出功率达到2 625 W时,返回光光谱中产生自脉冲峰,这说明该实验系统的SBS阈值为2 625 W,输出功率的进一步提升受限于SBS效应。

2光纤激光器中放大级的功率输出曲线和不同输出功率下的输出光谱

不同输出功率下的光束质量如图3所示。种子源的光束质量为Mx2=1.217My2=1.208,随着输出功率的增加,激光光束质量没有发生明显劣化,在最高输出功率下,光束质量为Mx2=1.273My2=1.255,在激光功率增长过程中没有发生MI效应。

3 窄线宽光纤激光器不同输出功率下的光束质量

综上所述,我们基于主振荡功率放大结构实现了2.62 kW窄线宽激光输出,光谱线宽为21.7 GHz,光束质量接近衍射极限,这是全光纤激光器在该光谱线宽下实现的最高输出功率。输出功率的进一步提升受限于SBS效应,下一步我们还将进一步探索SBS效应的抑制方法,实现更高功率激光输出。

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