國產(chǎn)長錐形光纖實(shí)現(xiàn)400 W 單頻單模激光輸出*

安毅 潘志勇 楊歡 黃良金 馬鵬飛 閆志平 姜宗福 周樸

(國防科技大學(xué)前沿交叉學(xué)科學(xué)院, 長沙 410073)

(2021 年4 月12 日收到; 2021 年5 月11 日收到修改稿)

1 引 言

高功率單頻光纖激光器在激光雷達(dá)、相干合成、相干光通信、非線性頻率變換、引力波探測(cè)等領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用需求[1-5]. 近年來, 隨著高性能增益光纖及光纖器件的發(fā)展, 高功率單頻光纖激光器的輸出功率得到較大提升[6-14], 但功率的進(jìn)一步提升受到了受激布里淵散射(stimulated Brillouin scattering, SBS)效應(yīng)[15]和橫向模式不穩(wěn)定(transverse mode instability, TMI)效應(yīng)[16-18]的限制. 一般而言, SBS 效應(yīng)在小芯徑光纖中更易發(fā)生, 產(chǎn)生的后向斯托克斯光會(huì)導(dǎo)致光纖損傷; 而TMI 效應(yīng)在大芯徑光纖中更易發(fā)生, 會(huì)引起光束質(zhì)量的突然惡化. 受限于這兩個(gè)因素, 高功率單頻光纖激光器的輸出功率始終停留在數(shù)百瓦量級(jí).2014 年, 美國空軍實(shí)驗(yàn)室的Robin 等[9]通過對(duì)新型聲場(chǎng)裁剪摻鐿光子晶體光纖施加溫度梯度, 基于空間結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了功率為811 W,M2因子小于1.2的單頻單模激光輸出, 這是目前公開報(bào)道的單頻光纖激光器的最高輸出功率. 相比于空間結(jié)構(gòu), 全光纖結(jié)構(gòu)單頻激光器具有結(jié)構(gòu)更加緊湊、性能更加穩(wěn)定、維護(hù)更加方便等優(yōu)勢(shì). 2013 年, 中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所的張磊等[7]通過對(duì)纖芯包層比為10 μm/125 μm 的單模光纖施加應(yīng)力梯度和溫度梯度實(shí)現(xiàn)了功率171 W,M2= 1.02 的單頻單模激光輸出. 2016 年, 國防科技大學(xué)的黃龍等[10]采用纖芯包層比為25 μm/250 μm 的大模場(chǎng)保偏高摻雜光纖, 通過施加應(yīng)力梯度的方式實(shí)現(xiàn)了功率414 W,M2= 1.34 的單頻單模……