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重大突破:国产光纤激光放大器未来不求人

导读: 上海光机所高功率激光单元技术研发中心石英光纤材料课题组在大模场有源光子晶体光纤的研制方面取得了重要进展,成功制备获得了纤芯直径大于50 μm、NA小于0.03的大芯径光子晶体光纤。

上海光机所高功率激光单元技术研发中心石英光纤材料课题组在大模场有源光子晶体光纤的研制方面取得了重要进展,成功制备获得了纤芯直径大于50 μm、NA小于0.03的大芯径光子晶体光纤,并在皮秒脉冲放大器中实现平均功率超过百瓦、单脉冲能量大于μJ量级的高光束质量输出(M2<1.5)。该项突破打破了国际上仅由NKT公司等极少数公司掌握的高亮度大模场光子晶体光纤制备技术垄断,为我国发展大能量超短脉冲光纤激光放大器奠定了核心激光材料基础。

为了实现高光束质量的激光输出,并且尽可能克服端面激光损伤和非线性效应这两个因素对功率提高带来的限制,在设计光纤时,应尽量减小数值孔径NA,并相应增大纤芯直径,从而使得基横模模场直径变大。这种通过降低NA实现大纤芯直径的技术称为大模场面积光纤(large-mode-area fiber,LMAF)技术。由于大模场光子晶体光纤在军事、工业加工等方面的重要应用潜力,国际上对大模场光子晶体光纤的研究极为关注,欧美等国先后提出了多种结构的大模场PCF,其中NKT公司推出的40/200和85/260两款光纤应用最为广泛,占据了绝大部分市场,上述两款光纤在国内的售价极高。国内光子晶体有源光纤的制备技术方面严重滞后,无法制备纤芯直径大于30μm的极低NA的大模场光子晶体光纤,长期依赖进口产品,极大限制了国内超短脉冲光纤激光放大器的研发。

“十二五”以来,高功率激光单元技术研发根据上海光机所“一三五”总体发展战略指引,在中科院“重点部署项目”的支持和牵引下,在国内率先开展了百微米纤芯直径的大模场光子晶体光纤制备技术攻关,先后突破了大直径低NA稀土掺杂石英玻璃芯棒的制备技术、空气孔微结构光子晶体光纤的拉制技术以及相关的检测和评估技术,建立和逐步完善了一整套有源光纤预制棒制备、光纤拉制及性能检测平台,为上海光机所培养了一支特种光纤材料研制方面的专业人才队伍,为推动 “先进光纤激光与光子学技术”的学科发展奠定了关键材料的坚实基础。

掺镱光子晶体光纤及塌缩端面

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