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中国激光 2017年第02期杂志 文档列表

中国激光杂志“高功率光纤激光技术”专题

“高功率光纤激光技术”专题前言1-2

摘要：高功率光纤激光技术是近年来国内外光电子技术领域，特别是激光技术领域最灸手可热的研究方向之一，经过近三十年的研究，该技术取得了飞速发展，并在工业、医疗、科学研究、军事国防等领域得到了广泛应用。从整个激光技术的发展趋势来看，光纤激光技术代表了高功率、高亮度激光的发展方向和趋势，它巧妙地把波导光纤技术与半导体激光抽运技术有机地融为一体，具有光束质量好、效率高、易于散热、结构紧凑、可柔性操作等突出优势，其中基于包层抽运和光纤放大技术的全光纤结构单根光纤激光器连续输出已达数万瓦。

高功率光纤激光相干合成的现状、趋势与挑战3-28

摘要：光纤激光相干合成是突破单路光纤激光功率极限和实现更高输出功率的有效技术方案，是传统高功率激光系统走向激光相控阵高功率光纤激光系统的重要基础。介绍了高功率光纤激光相干合成的系统结构，并指出了主要研究对象和关键技术；介绍和分析了光纤激光相干合成的国内外相关研究现状和发展趋势；分析了光纤激光相干合成面临的主要技术挑战。

高功率光纤激光光谱合成技术的研究进展29-44

摘要：受热损伤和非线性效应等因素的制约，单个光纤激光器的单模输出功率受到限制。将多个光纤激光器的输出通过一定的方式进行光束合成，是实现更高功率激光输出的必然选择。介绍了光谱合成技术的发展历程和研究现状，给出了几类常见光谱合成系统的基本原理、关键要素和优缺点。介绍了中国科学院上海光学精密机械研究所在窄线宽光纤激光及其光谱合成方面的最新进展，并对高功率光纤激光光谱合成技术的发展前景进行了展望。

高功率超短脉冲掺铥光纤激光器的研究进展45-57

摘要：掺铥光纤激光器可广泛应用于激光医疗、人眼安全雷达、非金属材料加工、光电对抗等众多领域，具有其他波段光纤激光器不可替代的重要作用。主要介绍了本课题组在高功率超短脉冲掺铥光纤激光器方面的研究进展，包括利用光纤布拉格光栅控制锁模掺铥光纤振荡器的脉冲宽度和光谱形状，实现了2μm波段高重复频率、高稳定性的皮秒脉冲激光输出。同时，采用该皮秒脉冲激光作为种子源，研制出了百瓦量级全光纤结构的皮秒掺铥光纤放大器，最后一级功率放大器的最大平均输出功率为120．4W，脉冲宽度为16ps。此外，设计并搭建了全光纤全保偏结构的皮秒掺铥光纤放大系统，实现了平均功率为240W的线偏振皮秒脉冲激光输出，偏振消光比大于15dB，脉冲宽度为45ps。

光纤激光模式不稳定的新现象与新进展58-68

摘要：首先介绍了光纤激光中传统的热致动态模式不稳定的研究现状，然后重点介绍了2016年以来理论预测的准静态模式不稳定；接着，对非热致模式不稳定的研究现状进行介绍，包括电致伸缩模式不稳定和非线性效应与模式不稳定之间的关系。最后，对模式不稳定对高功率光纤放大器的功率限制进行了总结和分析。

高功率拉曼光纤激光器技术研究进展69-81

摘要：近年来，高功率拉曼光纤激光器技术发展迅速，输出波长范围覆盖可见光至中红外波段，最大输出功率超过千瓦。在功率提升方面，拉曼光纤激光器技术的发展脉络可概括为：激光振荡器、主振功率放大器和抽运／信号集成放大器。在重要科研应用的驱动下，高功率窄线宽拉曼光纤放大器技术得到显著发展。另外，高功率拉曼光纤激光器技术还有一些新的扩展，包括包层抽运、二极管直接抽运以及拉曼光纤激光合束等，未来发展潜力巨大。

2．0μm波段掺铥连续单频光纤激光器的研究进展82-93

摘要：介绍了2．0μm波段掺铥连续单频光纤激光器的实验研究进展，以实现单频光纤激光器的关键技术为主线，总结了不同腔结构掺铥单频光纤激光振荡器的研究现状与发展方向。基于种子源主振荡功率放大（MOPA）结构进行了单频激光器功率放大，介绍了高功率掺铥单频光纤MOPA激光器的国内外研究进展。此外，介绍了本课题组在高掺杂铥锗酸盐玻璃光纤制作，2．0μm波段单频光纤激光振荡器构建，以及单频激光功率放大方面的部分研究工作。

高功率级联抽运掺镱光纤激光器研究进展94-105

摘要：针对半导体抽运的掺镱光纤激光器功率进一步提升面临的主要问题，分析了级联抽运方案在实现更高功率输出方面的优势和不足。简要回顾了光纤级联抽运技术的发展历程，重点介绍了掺镱光纤激光级联抽运的关键技术、研究现状和最新进展。针对级联抽运面临的抽运吸收和非线性效应问题，分析了下一步的研究方案和技术路线。并对级联抽运技术有望获得的新应用进行了简要介绍。

高功率光纤激光抽运耦合技术综述106-123

摘要：高功率光纤激光器是目前激光器研究发展的一个热点。抽运耦合功率将直接决定光纤激光器的输出功率。分析了光纤激光抽运耦合技术的研究现状，从端面抽运耦合和侧面抽运耦合两大基本结构出发，详细阐述了各种光纤激光抽运耦合器的技术方案和特点，并进行综合比较，针对现存问题以及今后的研究方向提出了建议。

高功率掺镱光纤的现状及发展趋势124-133

摘要：自光纤激光器问世以来，随着半导体材料与光纤制备技术的快速发展，光纤激光器的输出功率由毫瓦级提高到了万瓦级。然而，随着输出功率的增加，光纤激光器在低输出功率下未表现出的诸多现象逐渐显现，如光纤热损伤、非线性效应、模式不稳定等，这些现象限制了光纤激光器的应用，因此对掺镱光纤的质量要求越来越高。针对高功率掺镱光纤的制备工艺、掺杂组分及结构设计等方面进行了讨论，分析了高功率掺镱光纤的热稳定性、功率稳定性及模式稳定性的研究现状，并总结了其发展趋势。

低垂直发散角高亮度光子晶体半导体激光器134-143

摘要：针对现有边发射半导体激光器远场发散角大、光束质量差等问题，引入光子晶体人工微结构实现模式扩展和模场分离，改善了单芯片半导体激光器的性能，实现了高亮度高光束质量的激光输出。理论分析并模拟了光子晶体半导体激光器对光场的调控机制，并介绍了几种典型的光子晶体半导体激光器。在光子晶体激光器实现低垂直发散角的基础上，设计了不同的结构实现了大功率、单模、高亮度等特性的输出。实验验证了光子晶体能带效应在提高半导体激光光束质量、提高亮度等方面的调控作用，其能够突破普通半导体激光器面临的限制，有助于半导体激光更有效地应用在光纤激光器抽运和激光加工等领域，为半导体激光的直接应用奠定了基础。

高功率、高质量全保偏光纤飞秒激光放大系统144-150

摘要：利用普通大模场面积掺镱保偏双包层光纤作为增益介质，采用啁啾脉冲放大技术搭建了全保偏光纤飞秒激光放大系统。由于全保偏光纤结构，系统具有较高的集成度和长期稳定性。将系统中积累的三阶色散与放大过程中引人的非线性啁啾相互补偿，通过控制展宽光纤的长度，优化了压缩后脉冲质量和宽度。同时分析了周期性光谱调制对放大输出的影响，通过优化保偏（2＋1）×1光纤合束器的制作工艺，解决了其引起的周期性光谱调制问题，最终获得重复频率为111MHz，压缩后输出平均功率为9W，对应脉宽为260fs，单脉冲能量为81nJ，保偏比为13dB的高质量飞秒激光脉冲输出。

空芯反谐振光纤及其高功率超短脉冲传输151-156

摘要：拉制了两种低损耗、单模、近红外宽带传输的空芯反谐振光纤，并用于高功率超短皮秒脉冲传输。利用无节点结构的空芯反谐振光纤实现了平均功率为74W、单脉冲能量为185μJ、峰值功率为10．8MW的超短脉冲传输，且输出激光在频域和时域上均没有发生明显变化。

基于分布式传感的全光纤放大器增益光纤纤芯温度测量157-162

摘要：在高功率光纤激光器中，增益光纤的热效应是限制激光功率提高的重要因素之一。传统的温度测量方法只能测量到增益光纤的表面温度，无法得到增益光纤内部不同位置的温度。采用分布式光频域反射（OFDR）技术测量全光纤放大器中增益光纤纤芯的温度。对采用OFDR技术得到的温度测量结果进行了标定，验证了OFDR测量工作状态下放大器内增益光纤温度的准确性。测量了输出功率为6W的全光纤放大器内增益光纤纤芯的温度分布，测量结果与理论相吻合。这种测温方法为未来高功率光纤激光器的温度监测提供参考。

掺铥光纤激光器抽运的可调谐窄线宽Cr：ZnSe激光器163-168

摘要：搭建了由国产1908nm掺铥光纤激光器抽运的中红外可调谐窄线宽Cr：ZnSe激光器。该激光器为X型腔结构，在抽运功率6．8W时连续光最大输出功率为1．6W，对应的斜效率为26．7％，中心波长为2420nm。采用Littrow结构实现了2284-2716nm的连续可调谐，调谐范围为432nm，半峰全宽（FwHM）为0．13nm；抽运功率5w时采用输出比22％的耦合输出镜在2350-2510nm范围内获得了大于500mw的输出。采用Littman结构实现了2305-2658nm的连续可调谐，调谐范围为353nm，FWHM小于0．05nm；抽运功率5W时可在2350-2520nm范围内实现300mW以上激光功率输出。

1．1kW窄光谱随机光纤激光放大169-174

摘要：搭建了以掺镱光纤作为增益、单模光纤提供随机分布反馈的随机光纤激光器，最大输出功率为5．1W，半峰全宽（FWHM）为0．34nm。以该激光器作为种子源，通过全光纤主振荡功率放大实现了1102W的激光功率输出，光光效率为78．5％。放大过程中输出激光的FWHM基本保持不变，均方根（RMS）谱宽为1．24nm。为进一步压缩随机光纤种子源的光谱线宽，利用窄谱光纤光栅对随机光纤种子源进行滤波，然后再进行放大，最大输出功率为1093W，FWHM为O．61nm，均方根谱宽为O．92nm。放大过程中未观察到明显的放大自发辐射与受激布里渊散射现象。

复合调制掺Yb^3＋兆瓦级光纤激光系统175-181

摘要：提出了一种主振荡光纤放大系统，围绕提高脉冲信号的峰值功率和拓宽系统重复频率的调制范围两方面进行了实验研究。实验采用电脉冲调制和声光调制的方式对光脉冲序列进行调制，抑制了半导体种子源在小信号放大时产生的放大自发辐射效应和自激振荡，解除了种子源对系统重复频率的限制，使系统的重复频率在1-200kHz范围内连续可调。在声光调制器对光脉冲的调制过程中，声光Q开关有效抑制了放大过程中由自相位调制引起的光谱展宽。实验采用大模场棒状光子晶体光纤作为增益介质，提高了光脉冲的峰值功率和输出光的光束质量，抑制了因峰值功率过高引起的非线性效应，最终实现了脉冲宽度为1．12ns、峰值功率为2．01MW的稳定光脉冲输出，平均功率超过56W，输出光束质量接近衍射极限（Mx^2=1．49，My^2=1．54）。

高重复频率宽光谱皮秒脉冲全光纤掺镱激光器182-188

摘要：实验研究了高重复频率、宽光谱皮秒脉冲掺镱光纤激光器。该激光器为全光纤结构，采用主控振荡器的功率放大器技术，利用光纤中的非线性效应进行光谱的展宽。利用半导体可饱和吸收镜实现振荡器的被动锁模，输出中心波长为1031.3nm，3dB光谱宽度为1．51nm，脉冲宽度为3．1ps，重复频率为21．3269MHz。再利用声光调制器使振荡器的重复频率降低到2．1MHz，降频后的信号光通过三级掺镱光纤放大器，在30μm／250μm大模场双包层掺镱光纤中实现了功率主放大，最后得到平均功率为20W、脉冲宽度为20．8ps、光谱宽度为640-1700nm、单脉冲能量为9．5μJ、对应峰值功率为0．46MW的脉冲激光输出。