【年终总结】2015年光纤激光器领域的“两三事”
6、上光所首次提出稀土离子掺杂的软玻璃全固态光纤概念
具有高损伤阈值和非线性阈值以及良好散热能力的大模场光子晶体光纤(PCF)一直是国内外研究的重点。中国科学院上海光学精密机械研究所在国际上首次提出了稀土离子掺杂的软玻璃全固态光纤概念。该方案利用低折射率的玻璃取代了空气孔,避免了空气孔的存在带来的缺陷,使得全光纤激光器成为可能,同时软玻璃的使用也显著地提高了光纤的泵浦吸收率和非线性阈值。上海光机所利用自行制备的6wt% 镱掺杂的高质量磷酸盐玻璃,利用管棒法和堆积法相结合的方法,首次成功制备了纤芯直径为17微米的单模输出、保偏的磷酸盐全固态光子晶体光纤,在~40cm的光纤中实现了13.8W的激光输出,同时通过改变光纤对称性,实现了该种光纤的保偏性能,保偏度达80%。
由于石英光纤物化性能稳定、传输损耗低、软化点高等特点,目前的大模场光纤的研究重点主要集中在石英光纤。但是,石英光纤其稀土溶解度低,非线性阈值低,使得其泵浦吸收率很低,同时在高功率输出时非线性效应明显,严重影响光纤激光器功率的进一步输出。目前大部分的石英PCF中的构成光子晶体排布的低折射率棒由空气构成,这不但使得该种光纤制备和保存复杂,成本高,又由于空气的导热性差,使得该种光纤在高功率时产生模式不稳的现象,影响其光束质量的稳定性。同时,空气孔的存在使得其很难与包括泵浦源在内的传统的尾纤输出的设备熔接,导致全光纤激光器无法实现。上海光机所研制的全固态光子晶体光纤提出了一种新结构的大模场光纤,成功解决了多空光纤难焊接、散热差、难实现全光纤激光器等缺点。
7、中国第一部光纤激光器行业标准发布
由武汉锐科牵头起草的中国第一部光纤激光器行业标准,将于今年正式发布。
今年6月18日,由武汉锐科牵头起草的《光纤激光器总规范》,在北京通过了中国机械工业联合会的最后审查,进入待发布状态。“这是我国首部光纤激光器行业标准,这一标准的发布实施,有利于推动我国光纤激光器产业发展。”武汉锐科光纤激光技术股份有限公司总经理杨宏源表示。
二、国外篇:
1、瑞士科学家研发2μm掺铥光纤激光器
瑞士科学家成功获得 2μm 波长的掺铥光纤激光器,此类型激光器通过简单而且廉价的结构,便消除了对昂贵的隔离器和放大器的依赖。通过设计简洁新奇的 THETA 谐振腔结构,使得光在光纤内能够错向传输,实现激光单向传输。此种方法不仅价格便宜,而且能够获得比同类激光器更高的输出功率。
2μm 波长的激光器是其投入应用的关键技术。水中 O-H键的第一振荡频率的吸收波长在 1.92-1.94μm 范围,这使得 2μm 波长技术能够用于“无血”的激光手术,其中水分子在组织分血液中能够缩小切口且快速凝固。大气中 H2O、CO2 以及 NO2的多重吸收线也位于这个区域,给气象学、环境科学以及农业科技带来巨大的潜力。除此之外,在自由空间通信、材料加工以及光谱测量也有一定的应用。
目前,2μm 波长区域的其他光纤激光器昂贵且笨重,需要光隔离器才能实现光的单向传输。而瑞士洛桑联邦理工学院的光子系统实验室的电气工程教授 Camille-Sophie Brès 及其博士生 Svyatoslav Kharitonov,利用一个环形纤维空腔 THETA谐振腔,在一个S 形的反馈中引入了不可逆的损失。隔离器通常是采用笨重的法拉第旋转和一个45°正交偏振器来抑制光的后向传输,而 THETA谐振腔通过间接地结构变实现了这种功能。
该设计在空腔中还包括了一个非线性放大镜保证了发射光谱的窄线宽,在1900nm-2050nm 波段范围内,产生的激光束能维持子瓦级的输出,同时线宽只有0.2nm。研究人员表示将继续优化激光器以实现高质量且稳定的激光输出。
2、俄罗斯科学家研制出最长光纤激光
俄罗斯科学院西伯利亚分院自动化和测电学研究所与英国伯明翰阿斯顿大学合作,研制出全球最长的光纤激光,有300公里。
学者们确认,要想让光纤在传输波长1.5微米的光波时损最少,300公里已是极限。该研究所副所长、光缆实验室主任谢尔盖·巴宾解释说,激光就像是两个平面之间的加强型环境,“一旦长度超过300公里,定波就无法形成,因为波形分散,无法抵达终点”。
学者们打算把该超长光纤激光用于远距离信息传输,届时就无需使用光学增强手段了。他还可应用于信息编码、提高建立在光学反射基础之上的感应系统的灵敏度及作用距离。
在弱涡流效应的研究方面,该激光也大有可为,因为过去只能通过流体动力系统和等离子体来研究。
该研究所于2002年开始从事光纤研究,但已取得了若干举世瞩目的重大成就。在纯光纤系统中改变激光震荡波长的项目中,他得到了全球最大的变距范围。
3、通快拿下JK Lasers 重点布局光纤激光器市场
4月15日,通快公司与GSI集团联合宣布:通快公司旗下的光纤激光器制造商SPI即将正式收购JKLasers公司,后者也是一家位于英国光纤激光器制造商,收购价格为3150万美元。
JKLasers公司位于英国Rugby,目前大约有100名员工,年销售额1760万美元。
JKLasers在激光行业拥有40年的经验,属于GSI集团旗下,近年连续推出了1000瓦至4000瓦的光纤激光器,另外还兼做Nd:YAGandCO2激光器。
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