6.7 kW全国产化窄线宽三包层光纤激光器.docx

【6.7 kW全国产化窄线宽三包层光纤激光器】 光纤激光器作为一种高效、高稳定性光源，在诸多领域有着广泛的应用，特别是在激光武器、引力波探测等高精度科学仪器中，对激光器的功率和线宽有着极高的要求。窄线宽光纤激光器通过主振荡功率放大（MOPA）技术可以实现高功率和精细线宽的激光输出，这对于抑制受激布里渊散射等非线性效应至关重要。 窄线宽激光器的种子源通常采用相位调制展宽的激光或基于窄线宽光纤光栅的激光器。然而，受限于双包层光纤放大器的设计，当输出功率提升至4 kW级别时，会受到四波混频（FWM）、热诱导模态不稳定（TMI）效应、受激拉曼散射（SRS）等非线性效应的限制。为了解决这些问题，研究者们开始探索三包层光纤（TCF）作为放大器的可能性。三包层光纤相比双包层光纤，拥有更高的损伤阈值和泵浦功率上限，其独特的结构设计使得泵浦光可以在两个石英包层间反射，降低信号光功率密度，从而有效地抑制非线性效应。 J. R. Cozens 和 A. C. Boucouvalas首次提出并研究了三包层光纤，后续的研究表明三包层光纤可以显著提高激光器的TMI阈值和最大输出功率。目前，已有的公开报道中，三包层光纤的最高输出功率达到了9.01 kW。 中国工程物理研究院在LMA-YTF（大模场掺镱三包层光纤）基础上研发的窄线宽放大器，实现了1.36 kW的激光输出，线宽为0.44 nm。尽管取得了一定的进展，但该研究未深入探讨FWM对三包层光纤放大器光谱展宽的影响以及LMA-YTF的泵浦功率上限因素。 文章基于FWM效应模型，详细分析了LMA-YTF如何抑制光谱展宽，同时构建了LMA-YTF的热分布模型，探究了光纤温度和泵浦功率上限的影响因素。通过这一系列理论研究和实验验证，最终成功研制出一台全国产化组件的光纤激光器，实现了6.7 kW的窄线宽激光输出，这是对三包层光纤激光器性能的进一步提升。 理论模型方面，大模场三包层掺镱光纤的热效应是决定其性能的关键因素。文章中提到的LMA-YTF结构包含一个圆形低折射率的石英包层，使得泵浦光能在第一和第二石英包层内传输，改变了传统双包层光纤的速率方程。通过对上下能级粒子数密度、填充因子、有效模式面积、平均寿命等参数的计算和分析，可以预测和控制激光器的性能。 这篇文档详细介绍了三包层光纤激光器的技术原理，尤其是在高功率窄线宽激光输出上的挑战和解决方案。通过深入研究和优化，我国科研人员成功地开发出国产化的6.7 kW三包层光纤激光器，这不仅提升了设备性能，也为未来更高功率、更窄线宽的光纤激光器研发奠定了基础。