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国防科大实现5.02 kW近衍射极限合成激光输出

导读: 国防科大刘泽金课题组通过锁相控制系统优化、离焦像差补偿、高精度光程控制,通过四路窄线宽、线偏振光纤放大器的相干偏振合成,实现了5.02 kW的近衍射极限合成激光输出,合成效率达93.8%。

高功率光纤激光器由于电光效率高、光束质量好、结构紧凑等优点,在生物医疗、激光加工、国防安全等领域得到了广泛的应用,而相干偏振合成技术是光纤激光器获得高功率输出的一种有效方法。

相干偏振合成技术能够克服非线性效应、热效应、模式不稳定等多种因素,实现更高亮度的激光输出。然而,该合成技术对光源特性(模式、偏振、谱线)、合成元件特性(动态抖动、热像差)、相位控制系统锁相残差等因素均提出了严格要求,研制难度大。

国防科大刘泽金课题组通过锁相控制系统优化、离焦像差补偿、高精度光程控制,通过四路窄线宽、线偏振光纤放大器的相干偏振合成,实现了5.02 kW的近衍射极限合成激光输出,合成效率达93.8%。该成果报道在《中国激光》2017年第4期上

实验中采用的合成系统结构示意图如图1(a)所示。窄线宽种子激光(NBL)首先经过分束器(BS)分为四路,随后依次注入到相位调制器(PM)和光纤延迟线(DL)。各路激光经过DL后注入三级全保偏级联光纤放大系统(A1、A2、A3)进行功率提升。放大后的光束经过自主研制的离焦补偿型准直系统(CO)准直输出后参与相干偏振合成。

图1(b)为四路放大器输出功率与泵浦功率的对应关系,放大后四路激光功率分别为1.29 kW、1.14 kW、1.12 kW、1.8 kW,进一步功率提升受限于泵浦功率。

图1(c)为合成功率与合成效率随总入射功率的对应关系。当总注入功率为5.35 kW时,合成激光功率为5.02 kW,系统合成效率达93.8%。

图1(a)实验方案示意图;(b)四路放大器输出功率与泵浦功率的对应关系图;(c)合成功率与合成效率随总入射功率的关系图。

研究表明,合成激光功率为5.02 kW时合成激光光束质量测量值M2<1.3,此功率水平代表了当前国际上相干偏振合成系统的最高输出功率。

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