近期,中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所空間激光信息技術(shù)研究中心馮衍研究員領(lǐng)銜的課題組,在高功率拉曼光纖激光器研究中取得新進(jìn)展。提出了一種鐿-拉曼集成的光纖放大器結(jié)構(gòu),有效地解決了拉曼光纖激光器功率提升的主要技術(shù)瓶頸問(wèn)題,在1120nm波長(zhǎng),首次獲得580W的單橫模線偏振拉曼光纖激光和1.3kW的近單模拉曼光纖激光輸出。
近年來(lái),高功率光纖激光器發(fā)展迅速。1μm波段的摻鐿光纖激光器,近衍射極限輸出功率可達(dá)20kW,多橫模輸出功率可達(dá)100kW。盡管如此,稀土摻雜光纖激光器的輸出波長(zhǎng),因稀土離子能級(jí)躍遷的限制,僅能覆蓋有限的光譜范圍,限制了其應(yīng)用領(lǐng)域。基于光纖中受激拉曼散射效應(yīng)的拉曼光纖激光器是拓展光纖激光器波長(zhǎng)范圍的有效手段。
該項(xiàng)研究中,在一般的高功率摻鐿光纖放大器中注入兩個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)的種子激光,波長(zhǎng)間隔對(duì)應(yīng)光纖的拉曼頻移量。處于鐿離子增益帶寬中心的種子激光率先獲得放大后,在后續(xù)光纖中作為泵浦激光對(duì)拉曼斯托克斯激光進(jìn)行逐級(jí)放大。初步的演示實(shí)驗(yàn)獲得了300 W的1120nm拉曼光纖激光輸出;接著采用較大包層(400μm)的光纖,獲得了580W的單橫模線偏振拉曼光纖激光和1.3kW的近單模拉曼光纖激光輸出。結(jié)果發(fā)表于《光學(xué)快報(bào)》(Optics Letters)和《光學(xué)快訊》(Optics Express) [Opt. Lett. 39, 1933-1936 (2014); Opt. Express 22, 18483 (2014)]。鑒于目前高功率摻鐿光纖激光器均采用主振放大結(jié)構(gòu),新提出的光纖放大器結(jié)構(gòu)可用于進(jìn)一步提升拉曼光纖激光的輸出功率。初步的數(shù)值計(jì)算也表明,該技術(shù)方法有望在1~2μm范圍內(nèi)任意波長(zhǎng)獲得千瓦級(jí)激光輸出。
該項(xiàng)研究得到了中國(guó)科學(xué)院百人計(jì)劃、國(guó)家“863”計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。
千瓦級(jí)摻鐿-拉曼集成的光纖放大器結(jié)構(gòu)示意圖
輸出功率隨976 nm二極管泵浦功率的變化曲線,其中的插圖為最高輸出時(shí)的光譜。
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