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美国实现高功率光纤激光器相干耦合输出

2008-12-26 09:41
苏子言岁月
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    多个高功率光纤激光器组成的激光列阵具有实现几 万甚至几十万瓦的功率输出的潜力,从而提供了意义十分重大的军事用途。实际上,高功率光纤激光器作为激光武器在美国、德国等西方发达国家业已浮出水面,并 且都在紧锣密鼓地测试实验。在美国新墨西哥州Albuquerque市管制能量专业学会(DEPS)主办的梅固体和半导体激光技术审验室里,由来自 Northrop Grumman航空技术研究所的研究人员对由7个高功率光纤激光器组成的基于多个掺镱保偏单模光纤放大器的激光器阵列示范了该所取得的 重大突破。这个单个输出155W的光纤激光器曾经是相干激光耦合的记录,并且应该能够很快取得更大的突破。

 

    本次示范的前期工作得到了美国空军的全 力支助,有美国国防部高能合作技术办公室赞助,同时洛杉矶的Northrop Grumman也分担了部分成本费用。该计划有美国政府和军方共同筹划,致力于发展基于如固态板条式Nd:YAG激光器和光纤激光器等技术的军事应用。固态激光器已成为化学激光器在战场上的优秀备选方案,广泛应用于导弹防御、军舰护航、目标射击和攻击地面目标。而作为目前世界上最先进的固态激光器―光纤激光器具有无以伦比的独特优势:更高的转换效率、更简单的射击和后勤支持、优秀的光束质量及更大的散热面积,从而成为现代激光武器的发展主流和未来战场的无敌杀手。

 

    由Michael Wickham负责的 Northrop Grumman示范研究组研制了一个基于厚重平行原理设计的实现装置。主振荡期(MO)是一个带有被调制的驱动电流的分布反馈激光器,该激光器能够发出一束光谱极宽的激光来那些影响输出功率的受激布里渊散射和四波混频寄生的非线性效应。主振荡器发出的激光被分成8路:1路为参考臂,另外 7路为放大信号臂。

 

    参考臂在一个声光布拉格晶格里产生了频移,然后每个信号臂的采样于参考光束进行干涉,产生一个外差拍状跳动波形用来测量相对参考臂的相位。每个臂的相位均通过一个控制电压调节成独立的铌酸锂波导相位调节器。

 

    在功率放大器之前,两套前置输出3W以上的功率,然后通过光纤输出端,泵浦光被注射到功率放大器中,最后每束信号输出光被引导到一个输出列阵和修正相位的棱镜上。试验中,只有一个信号臂的激光得到最优化,达到输出50W的最初设计目标。而整体上实际得到的155W功率只是由于受到了所能得到的光泵浦功率的限制。随着更多单元激光器的加入,应该不会出现修正性能下降。

 

    “我们将在今年夏天或秋天把所有的7个光纤激光器组件一起调好相 位”,该研究组的Jackie Gish主任如是说。他提到,研究组已经完成了4个小功率光纤激光器的一起调相,实际上已经不存在技术障碍已经能确保成功完成该研究项目,并且在输出总功率方面没有真正上限。她们下一步工作将是如何巴整套装置做得更小。

 

    这些光纤激光器是基于Nufern 公司的掺镱保偏双包层光纤研制出来的由David Machewirth领导的一个Nufern研究组也在该实验室展示了他们的设计图纸,略述了他们用于激光耦合的大模场光纤的基本设计结构。该公司已经开发出了“熊猫”型光纤,其数值功率小到0.06,包层吸收效率超过3dB/m(976nm波长),斜坡效率达到77%。光纤的大模场和保偏特性是克服非线性效应和实现激光高度耦合的至关重要的要求。(曾聪)

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