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全光纤声光调Q光纤激光器试验研究

导读: 报道了一台全光纤结构主振荡功率放大(MOPA)型掺镱脉冲光纤激光器,以光纤光栅为腔镜,光纤型声光调Q的光纤激光器为种子源,通过两级掺镱双包层光纤放大器实现功率放大。

  摘要:报道了一台100W全光纤结构主振荡功率放大(MOPA)型掺镱脉冲光纤激光器,以光纤光栅为腔镜,光纤型声光调Q的光纤激光器为种子源,通过两级掺镱双包层光纤放大器实现功率放大。对声光调Q的光纤激光器输出特性进行了研究,比较了不同泵浦波长、不同重复频率对激光输出功率和脉冲宽度的影响,并实现了最短脉冲宽度25ns、单脉冲能量45μJ“的脉冲激光输出。在重复频率50kHz时,对脉冲宽度130ns、平均功率0.6W的种子光进行放大,得到了平均功率102.5、脉冲宽度约240ns的激光输出。

  近年来,随着高功率半导体激光器技术的成熟和双包层光纤制作工艺的进步。高平均功率双包层光纤激光器及放大器技术的研究发展迅速,已成为固体激光技术领域关注的热点之一。与连续光纤激光器相比,脉冲光纤激光器在保持了光纤激光器光束质量高、结构紧凑和斜效率高等优点的同时,具有更高的峰值功率,更有利于实际应用,在医疗、激光加工、光通讯等领域具有重要的应用。而实用化、高可靠性的脉冲光纤激光器已成为研究重点。由于光纤激光器以细长的掺杂光纤作为增益介质,较难通过调Q的方式实现高平均功率的脉冲激光输出,而基于主振荡功率放大(MOPA)方式的脉冲光纤放大器具有能量提取效率高、输出脉冲特性可通过种子光源控制等优点,已成为目前获得高平均功率脉冲激光输出的主要方式。

  2002年Limpert等人在重复频率50kHz时,实现了平均功率100W脉冲宽度90ns的输出;2005年Cheng等人实现了脉冲能量82mJ(脉冲宽度50ns),峰值功率2.4MW(脉冲宽度4ns)的光纤放大器系统。国内部分单位也都开展了相关研究工作:2005年,中国科学院上海光学精密机械研究所在重复频率100kHz时,实现了平均功率133.8W、脉冲宽度400ns的输出,2009年,中国电子科技集团公司第11研究所在重复频率50kHz时,实现了平均功率64W、脉冲宽度14ns的输出。

  本文主要基于MOPA方式,开展全光纤结构的脉冲光纤激光器研究,以光纤光栅为腔镜,光纤型声光调Q的光纤激光器为种子源,通过两级双包层光纤放大器进行功率放大,其中第一级光纤放大器采用双向泵浦的方式,第二级光纤放大器采用正向泵浦的方式,并将光纤输出端磨成斜角后准直输出。在重复频率50kHz时,得到了中心波长1064nm、脉冲宽度约240ns、平均功率102.5W的脉冲激光输出,激光波长处光谱宽度为1.65nm。

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