【資訊】高功率光纖激光的熱光效應

2025-05-09 18:35:27

　　提升光纖激光輸出功率的主要途徑是增大纖芯直徑，然而，增大纖芯直徑會增加纖芯中傳輸?shù)谋菊髂Ｊ綌?shù)量，在高功率強泵浦條件下，會出現(xiàn)模式不穩(wěn)定效應，即隨著輸出功率的提升發(fā)生的模式突變。這一效應會使高功率光纖激光光束質量急劇惡化，且會限制了激光輸出功率進一步的提升。

　　由于模式不穩(wěn)定閾值與信號光線寬正相關，高功率窄線寬激光器中的熱致模式不穩(wěn)定閾值功率遠低于寬譜光纖激光器，因此對于窄線寬光纖激光中的熱光效應及其熱致模式不穩(wěn)定閾值影響機理研究則更為迫切。

　　針對此問題，上海光機所漆云鳳研究員課題組與于春雷研究員課題組合作，模擬了高功率強泵浦下光纖泵浦吸收系數(shù)變化對光纖熱沉積的影響，分析了熱光效應導致的光纖折射率變化對光纖數(shù)值孔徑的影響。同時研制了新型的高功率大模場有源光纖，并開展了高功率窄線寬光纖放大及熱致模式不穩(wěn)定效應的實驗研究。實驗結果與理論符合，為獲得更高功率光纖激光輸出提供了一種新穎有效的技術途徑。

　　理論仿真有源光纖吸收系數(shù)變化對光纖熱沉積、熱致折射率變化以及光纖數(shù)值孔徑的影響，仿真結果如圖1所示。分析表明：降低光纖泵浦光吸收系數(shù)，可減小熱光效應對光纖纖芯數(shù)值孔徑的調制，進而可提高熱致模式不穩(wěn)定閾值功率。

　　圖1 a)不同吸收系數(shù)光纖對熱致折射率變化的影響; b) 纖芯 NA 對模式不穩(wěn)定閾值影響

　　為了驗證理論仿真結果，該課題組展開了高功率模式不穩(wěn)定實驗，搭建了多級級聯(lián)高功率全光纖放大器實驗平臺。如圖2所示，主放大器的增益光纖采用兩款吸收系數(shù)不同的有源光纖：高吸收系數(shù)光纖A(1.71 dB/m)、低吸收系數(shù)光纖B(1.2 dB/m)，以對比分析放大后的模式不穩(wěn)定閾值的特性。且實驗從時域、頻率和光束質量三個方面，對模式不穩(wěn)定效應進行了研究和分析。實驗結果表明，相同條件下，光纖A 的模式不穩(wěn)定閾值激光功率約為800W，光纖B的模式不穩(wěn)定閾值激光功率則超過1700 W。

　　圖 2 全光纖高功率窄線寬光纖激光放大器結構圖

　　實驗結果與理論分析所得到的結論吻合，證明降低泵浦吸收系數(shù)可提高模式不穩(wěn)定閾值。

　　該研究結果對設計研制大模場有源光纖提供了有效途徑，進而可促進高功率光纖激光輸出功率的提高。

    參考文獻： 中國光學期刊網(wǎng) 

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