High power fiber laser

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光纤激光研究报告

光纤激光研究报告1. 引言光纤激光是一种基于光纤技术的激光器，其具有高功率、高效率、高稳定性等优点，被广泛应用于通信、医疗、材料加工等领域。

本文将对光纤激光的原理、应用和发展进行研究和分析。

2. 光纤激光原理光纤激光的原理主要是通过将激发能量传导到光纤芯心中，通过光纤的全反射作用，形成一条具有高能量浓度的光束。

光纤激光的核心部分是光纤芯心和泵浦源。

通过泵浦源向光纤注入大量能量，激发光纤芯心中的活性离子，产生激光。

3. 光纤激光的应用3.1 通信领域光纤激光在通信领域有着重要的应用。

传输速度快、容量大、抗干扰能力强等优点，使光纤激光成为长距离通信的首选技术。

利用光纤激光进行信号传输，可以实现高速、高质量的数据传输。

3.2 医疗领域光纤激光在医疗领域有着广泛的应用。

通过控制光纤激光的能量和焦点，可以实现对病变组织的精确切割和凝固，达到治疗的目的。

同时，光纤激光还可以用于激光治疗、激光手术等医疗操作。

3.3 材料加工领域光纤激光在材料加工领域也是一种非常重要的工具。

光纤激光具有高能量、高密度的特点，激光束的聚焦性良好，可以用于材料的切割、焊接、打孔等工艺。

相比传统的机械加工方法，光纤激光加工更加精细、高效。

4. 光纤激光的发展4.1 光纤激光器的类型光纤激光器根据工作波长和激光输出方式可以分为多种类型，包括连续波光纤激光器、脉冲光纤激光器、超快脉冲光纤激光器等。

4.2 光纤激光器的参数优化为了进一步提高光纤激光器的工作效率和稳定性，研究人员还对光纤激光器的多个参数进行了优化，包括泵浦光源功率、泵浦光纤长度、光纤材料等。

4.3 光纤激光器的发展趋势随着科技的不断进步，光纤激光器在功率、波长、调制速度等方面都得到了提升。

未来的发展趋势是进一步提高功率和效率，降低成本和体积，不断拓展应用领域。

5. 结论光纤激光作为一种基于光纤技术的激光器，具有广泛的应用前景。

在通信、医疗、材料加工等领域都有重要的应用。

随着技术的不断进步，光纤激光器的性能将不断提高，应用领域也会更加广泛。

光纤激光器论文

摘要：光纤激光器作为光源在光通信领域已得到广泛应用，而随着大功率双保层光纤激光器的出现，其应用正向着激光加工、激光测距、激光雷达、激光艺术成像、激光防伪和生物医疗等更广阔的领域迅速扩展。

本文以下内容概述了光纤激光器的原理、特点、应用及其发展前景。

关键词：光纤激光器应用扩展发展前景abstract:Fiber laser as a light source in the field of optical communication has been widely used, and as the dual-protection layer of high-power fiber lasers appear, its application istoward to the laser processing, laser ranging, laser radar,laser art of imaging, security and bio-medical laser rapid expansion of a wider area. The following article outlines the principles of fiber lasers, characteristics, applicationsand prospects for development.Keywords: fiber laser applications development prospects.一．光纤激光器的简述光纤激光器和放大器的研究与应用引起了广泛的重视和兴趣，已能制备以硅和氟化铅为基质的掺杂稀土金属元素的光纤。

用这些光纤制作成光源或光放大器在降低光通信系统的成本方面具有巨大的潜力。

接铰和饵离子的光纤激光器已有多种波长的输出，包括900nm，1060nm和1550nm等。

用输出波长为800nm的I‘D作为泵浦源也可以获得光通信重要窗口波长(1550nm)的输出。

普利玛动力Laser Genius+ 2D激光切割机说明书

Press release"Welcome to the Plus" - the new Laser Genius+2D machine from Prima Power shapes the new era of laser cuttingCollegno - 13 May 2021 - The Prima Power range of 2D machines has been further enrichedby the latest product, which has been designed and developed to meet the needs of a constantly evolving market, setting new standards in speed, reliability and precision: Laser Genius+.The new Laser Genius+ 2D fiber laser machine, completely designed and built in Italy, was developed using Prima Power's experience of over 40 years and an extremely pragmatic approach aimed at satisfying real market expectations. This requires greater performance, efficiency, quality, ease of use, automation and intelligence.With a trajectory speed of 180m/min, Laser Genius+ is one of the fastest and most productive machines on the market. Most importantly, the machine has been designed to make the mostof the laser power available.The Laser Genius+ family of machines includes sizes 1530, 2040 and 2060 and can be equipped with a wide range of fiber laser powers, from 2 to 15 kW. The machine is designed to have total control over the laser process and to obtain maximum reliability and quality with allof the power available. To take advantage of the high power capability, you need a fast, rigidand light machine. In fact, just like cars, horsepower isn’t enough on its own to get high performance, but rather the suspension, rigid frame and lightness all matter. It’s exactly thesame for a laser machine. To reduce cycle times, what matters is an excellent relationship between the rigidity of the frame and the weight of the moving masses. It’s precisely these features that allow the Laser Genius+ to squeeze out every ounce of power at all times.The new laser head has also been designed to optimally manage the heat required to melt thick sheets while staying cold and clean, thanks to sensors that actively control the cutting process in real time, hermetically isolated optics, simplified mechanics, and the high efficiency fumes extraction system.Another important bonus of the machine is its unique layout, which has been designed to ensure superior ergonomics and ease of use, as well as to make the most of the space.Accessibility has always been a distinctive feature of Prima Power machines and this is even more the case for the Laser Genius+. The cabin is available with large sliding doors which can be placed on the right or left side, or even on both sides, for maximum ergonomics.Its footprint, one of the smallest on the market, and the simplicity of the layout, which integrates all of the already tested services into one dedicated module separated from the machine work area, make it an extremely compact plug & play system with very quick installation times. In fact, it only takes two days to start production. Additionally, its symmetrical and reversible layout means you can place the machine in any production context without limiting logistic flows.Despite its compact layout, the Laser Genius+ has the largest working area compared to other 2D machines available on the market (X, Y, Z axis strokes: 3150 x 1600 x 150 mm, for the 1530 model, and 4320 x 2200 x 150 mm, for the 2040 model).The new Prima Power fiber laser head is designed for excellent cutting quality and dynamics on all materials and on processable gauges with laser powers up to 15kW.The head boasts adaptive optics for the automatic management of the focal position and diameter for a fast, reactive and precise measurement of the stand-off, from a single focusing lens suited to all production requirements, from Side Impact Protection Systems (SIPS) and Optical Precision Control (OPC) and a protective glass drawer for easy inspection.Laser Genius+ monitoring systems check the entire process. For example, LISA (Light Intensity System Analyser) checks the correct operation of the process parameters in real timeand the Check Optics function allows you to manage maintenance of the protective glass, thereby minimising downtime.The machine optionally features Tech Suites that ensure a further reduction in cycle times while also offering superior quality, thanks to the intelligent management of head movements and the piercing and cutting parameters. The new automatic nozzle changer also has 20 stations, which allows you to have the most suitable nozzle at all times.Laser Genius+ is the smartest and most interconnected machine Prima Power has ever produced, with a very high degree of connectivity, new laser head sensors and artificial intelligence algorithms for advanced process monitoring and control features.The machine can be integrated with your other systems and management software, thus maximising efficiency and productivity. The software manages all phases: importing production orders generated by your system, automatic programming with Prima Power CAMs, production planning and creation of work lists to be loaded directly onto the machine, right up to the collection of machine data on production (pieces produced, materials used) and performance (machine status, alarms, processing times) to offer you all the data necessary for production control management systems, all the while being fully compliant to Industry 4.0 law requirements.Prima Power has always been alongside customers throughout the product life cycle, and that's why a solution has been developed based on the concept of the Internet of Things from a SAAS (Software As A Service) perspective. This solution is dedicated to the monitoring and advanced diagnostics of a large amount of behavioural, non-production data collected by the Laser Genius+. The information is collected on a certified cloud for security and is available to technicians at Prima Power Service Centres who check the behaviour of the machine via our Remote Care web application and give customer suggestions to improve production and help resolve any unexpected problems.A new 24” high definition dual monitor console and simplified user interface has been designed for the Laser Genius+. The Info Panel on the machine also displays some data inreal time, such as details on processed materials and energy consumption, which is very useful for operators and production managers.The machine is also equipped with three new on-board software modules: Optia, for the recovery of scrap sheets by digitising shapes via the camera, which consequently reduces waste; Wizard, a simplified CAM that allows you to create new nesting and processes, or modify existing ones (by moving, rotating and deleting pieces); 2D Editor, a part program graphic editor that allows adjustments to the technology (manual and automatic cutting, lead-in and micro-joining).Laser Genius+ is designed for continuous 24/7 production. The standard supply includes an automatic, fully electric pallet changer, with up to 30% reduced cycle times compared to previous versions. In view of the increased dynamic performance of the machine and the optimal exploitation of high-power fiber lasers, Laser Genius+ is an excellent match for a wide range of automation solutions that cover all production needs, even unmanned. The machine can be easily connected to Prima Power automation systems to automate the flows of material and machined parts (loading, unloading, picking, stacking, and storage) and further increase productivity. The automation modules can also be integrated in subsequent moments, as production volumes grow.Compact Server is the most compact layout solution on the market, It is affordable and easy to use, and suitable for short periods of unattended production where a production mix is not required. With the addition of a third pallet, it is possible to load and unload both from the manual station and from the automation, ensuring high production flexibility. Combo Tower Laser is available with 1 or 2 multi-functional and configurable towers which are an optimal solution for small-medium lights out production volumes. Night Train is a flexible manufacturing system, which automates the entire manufacturing process in a single step, from scheduling to production reporting, ideal for 24/7 production.Laser Genius+ has all the winning elements of Prima Power machines, but perfects them and brings them even closer to customer needs, offering excellent levels of productivity, quality and efficiency, while also guaranteeing maximum ergonomics and ease of use for the operator.Hi-res images:https:///drive/folders/1uN-5m8UC5TnW-w6osuUKCJUNTrBgNktr?usp=sharing Images and captions:1. Prima Power's new Laser Genius+ 2D machine2. Laser Genius+ with Compact Server automation3. Laser Genius+ 1530 and 2040 - The machine has an innovative reversible layoutFor more information*******************Prima PowerPrima Power is a world-class supplier in the high-tech industry of laser and sheet metal processing machinery. Its product portfolio is one of the most comprehensive in the industry and includes: 2D and 3D laser machines for cutting, welding and drilling, punching machines, combined punching/laser and punching/shearing systems, press brakes, panel benders, bending centres and flexible manufacturing systems (FMS).Prima Power is the Machinery Business Unit of Prima Industrie, a group with over 1,700 employees worldwide, production sites in Italy, Finland, the United States and China, and a sales and service network in over 80 countries.。

High Power Fiber Lasers：A Review

cladding-pumped fiber cross-sections
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3. Fundamentals
Cladding pumping
However
over the entire fiber length ，over all wavelengths
the modes should be continuously mixed over the entire length
He is a co-founder of Southampton Photonics, Inc., a University of Southampton spin-off manufacturing high-power fiber lasers, where he is currently serving as a Chief Scientist. He has published more than 300 papers in scientific journals and conference proceedings and holds 20 patents.
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4. Some parasitic effects
Optห้องสมุดไป่ตู้cal damage
white powder
2 108 m3
a catastrophic effect for ns and sub-ns pulses electron density exceeds melt or fracture the silica glass
LASIK——laser-assisted in situ keratomileusis
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2. Introduction

大模场光纤

大模场光纤为了解决上述限制，已经开发了许多更复杂的光纤设计(主要基于光子晶体光纤)和技术。

在许多情况下，大的传播色散被人为地引入到高阶模中，这使得多模光纤保持良好的单模传输。

另一个角度是最小化不想要的模式耦合。

例如:•可以很大程度的弯曲光纤；根据不同的光纤设计，使高阶模式的弯曲损耗足够大直到高阶模式比基模小很多。

从这个角度也可以优化光纤设计。

需要注意的是，弯曲不仅会引入损耗，还会减小有效模式面积。

尤其是大模式面积的阶跃折射率光纤更加明显。

在比较不同类型的光纤时，这一效应需要考虑在内[8]。

有些得到大模式面积的光纤设计中不采用弯曲，但是弯曲光纤会极大减小模式面积，还有的设计方法中（例如，采用抛物线型折射率分布），最初模式面积比较小，但是对弯曲几乎不敏感。

•所谓的手性耦合芯光纤[12,21]的中心的纤芯很直，光在其中传播，还有另一个纤芯螺旋环绕在中心的芯上。

螺旋芯选择性的与中心的纤芯中的高阶模式耦合，基模基本不受影响。

选择性耦合的原理是螺旋性影响传播常数，影响方式为在某一有效波长范围内，只有与高阶模式之间的耦合满足相位匹配，而基模不满足。

•在泄漏管道光纤中[7,11]，纤芯周围是少量的较大的空，造成传播模式选择性的泄漏，这样高阶模式存在很大的传播损耗，而基模不存在。

早期这种光纤是由光子晶体光纤制作，固体全玻璃设计也可能得到[23]。

最好的光纤设计得到的有效模式面积为几千μm2。

对模式面积并没有严格的限制，但是得到更大的模式面积更难得到单模传输，并且不能允许大的弯曲程度。

增大模式面积的同时不可能不影响单模传输。

原因在于，模式传播涉及到衍射和波导效应的平衡，由于模式面积更大时衍射不可避免的会减弱，平衡也变得对外界干扰越来越敏感。

在采用大模式光纤的高功率光纤激光器和放大器中，热透镜效应会改变模式性质，尤其会减小有效模式面积[29]。

有些情况下采用多丝纤芯可以减弱折射率控制存在的问题，其中光纤纤芯是由一系列二维排列的丝组成的[19]。

高功率光纤激光器中自脉冲效应的产生及其抑制

高功率光纤激光器中自脉冲效应的产生及其抑制一、自脉冲效应的产生1. 自脉冲效应的概述自脉冲效应指的是高功率光纤激光器（以下简称fiber laser）中产生的不可控脉冲，它往往在单模激光器中存在着明显的“sparks”，其形态非常相似，在双模激光器中可表现为两路发射线交替变化。

自脉冲效应常见于CW或变调处理后的激光，主要由器件的自激泵浦环节引起。

2. 产生机制高功率 Fiber laser的人工混合系统以及流动介质熔断器作为维持稳定发射的最后一道防线，但是在严峻的操作条件下可能出现概率性不稳定，使得稳定的激光辐射受到剧烈打扰。

这种现象就是所谓的自脉冲效应，它是由环节传输引起的时延不稳定而产生的一种特殊激光效应。

3. 自脉冲效应对激光器性能造成的影响自脉冲效应对激光器性能有不利影响，首先，它会严重降低激光器的发射能级，影响它的使用效率；其次，由于发射功率的突变，会严重干扰激光器的控制系统，影响激光器的稳定运行；最后，它可能造成散射等不良后果，进而对激光的安全性产生威胁。

二、自脉冲效应的抑制1. 激光器结构改进由于自脉冲效应的出现和激光器的结构有关，所以采用结构改进的方式来减少其发生的可能性是一种有效的解决办法。

结构改进包括反射镜斜度调整、反射镜温度和有效抗膜波长调整、增大环节数量等。

2. 减少噪声降低噪声也是降低自脉冲效应发生几率的方法之一，可以通过改进控制系统与降低孤立源的接触等方式进行抑制。

3. 加大稳定强度激光器发射的激光功率过低以及激光脉宽度过大时，都有可能产生自脉冲效应。

因此，可以通过调整激光脉宽来抑制自脉冲效应发生。

4. 加强通道共振保持加强光纤激光器的通道共振保持也是降低自脉冲效应出现几率的一种方法，可以通过增加铁磁激光管来加强共振保持，从而有效抑制自脉冲效应的发生。

激光切割机说明书

01L A S E R C U T T I N G M A C H I N E 02L A S E R C U T T I N G M A C H I N E 钣金加工、广告标牌字制作、高低压电器柜制作、机械零件、厨具、汽车、机械加工、金属工艺品、锯片、电器零件、眼镜行业、弹簧片、电路板、电水壶、医疗微电子、五金、刀量具等行业。

Sheet metal processing, advertising signs production, high and low voltageelectrical cabinet production, mechanical parts kitchen utensils, automobiles,machinery, metal products, saw blades, electrical parts, optical industry,spring, board, kettle, medical microelectronics, hardware, knife measuringtools and other industries.激光器、切割头、减速机、齿轮齿条等关键部件均采用进口知名品牌;Gantry structure, high stability of the machine, high-strength high-rigidity aluminum alloy beams;龙门结构、高稳定性机床，高强度高刚性铝合金横梁；光纤传输，柔性加工，适用于切割各种不锈钢、碳钢、铝、黄铜、紫铜等所有金属材料;Laser resourse, cutting head, reducer, rack&pinionand other keycomponents are allimported well-known brands;运行成本低，光路免维护。

Low operating costs and optical mainte-nance-free .Optical fiber transmission, flexible processing,suitable for cutting all kinds of metal materialssuch as stainless steel, carbon steel, aluminum,brass, copper and all others;3000W / 4000W / 6000W / 8000W / 10000W / 12000WQL-FCP D / QL-FCP F 机型Model QL-FCP3015QL-FCP4020QL-FCP6020QL-FCP6025QL-FCP8020QL-FCP8025加工幅面（长X宽）Processing Format (length X width)3000mmX1500mm4000mmX2000mm 6000mmX2000mm 6000mmX2500mm 8000mmX2000mm 8000mmX2500mm X轴行程X-axis stroke 3030mm4030mm 6030mm 6030mm 8030mm 8030mm Y轴行程Y-axis stroke 1530mm2050mm 2030mm 2530mm 2030mm 2530mm 250mm250mm 250mm 250mm 250mm 250mm Z轴行程Z-axis stroke X、Y定位精度X, Y positioning accuracy ±0.03mm/m±0.03mm/m ±0.03mm/m ±0.03mm/m ±0.03mm/m ±0.03mm/m X、Y重复定位精度X, Y repeat positioning accuracy ±0.02mm/m±0.02mm/m ±0.02mm/m ±0.02mm/m ±0.02mm/m ±0.02mm/m X/Y最大定位速度X / Y Maximum positioning speed 200m/min200m/min 180m/min 140m/min 160m/min 140m/min X/Y最大加速度X / Y maximum acceleration 2.52.52 1.5 1.51工作台最大载重The max. load of the table 1000KG1600KG 2400KG 3000KG 3500KG 4000KG 设备电力需求Equipment power demand 380VAC±10%/50HZ 380VAC±10%/50HZ 380VAC±10%/50HZ 380VAC±10%/50HZ 380VAC±10%/50HZ 380VAC±10%/50HZ*根据客户需求可定制 Can be customized according to customer's needs.激光切割机激光切割机*以实物为准 To real equipment as the standard.03L A S E R C U T T I N G M A C H I N E 04L A S E R C U T T I N G M A C H I N E 钣金加工、广告标牌字制作、高低压电器柜制作、机械零件、厨具、汽车、机械加工、金属工艺品、锯片、电器零件、眼镜行业、弹簧片、电路板、电水壶、医疗微电子、五金、刀量具等行业。

高功率掺Tm^3+光纤放大器热效应管理的泵浦方式优化理论研究

第４１卷㊀第７期２０２０年７月发㊀光㊀学㊀报ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＵＭＩＮＥＳＣＥＮＣＥＶｏｌ４１Ｎｏ７Ｊｕｌｙꎬ２０２０文章编号:１０００￣７０３２(２０２０)０７￣０８３９￣１０㊀㊀收稿日期:２０２０￣０５￣０３ꎻ修订日期:２０２０￣０５￣１３㊀㊀基金项目:国家自然科学基金(６１８２７８１８ꎬ６１６２０１０６０１４ꎬ６１９７５０４９)资助项目ＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ(６１８２７８１８ꎬ６１６２０１０６０１４ꎬ６１９７５０４９)高功率掺Ｔｍ３＋光纤放大器热效应管理的泵浦方式优化理论研究张㊀轲１ꎬ延凤平１∗ꎬ韩文国１ꎬ冯㊀亭２∗(１.北京交通大学光波技术研究所全光网络与现代通信网教育部重点实验室ꎬ北京㊀１０００４４ꎻ２.河北大学物理科学与技术学院光信息技术创新中心ꎬ河北保定㊀０７１００２)摘要:基于主振荡功率放大器结构的高功率掺Ｔｍ３＋光纤激光器是２μｍ波段高功率光纤激光器的主要实现形式ꎬ掺Ｔｍ３＋光纤放大器(Ｔｈｕｌｉｕｍ￣ｄｏｐｅｄｆｉｂｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒꎬＴＤＦＡ)热效应管理的研究对于其输出激光功率的不断提升具有重要意义ꎮ本文主要对ＴＤＦＡ热效应管理的泵浦方式优化方面进行理论研究ꎬ利用龙格库塔法以及牛顿迭代法求解不同泵浦方式下ＴＤＦＡ的稳态速率方程ꎬ并根据热传导方程ꎬ模拟掺Ｔｍ３＋光纤(Ｔｈｕｌｉｕｍ￣ｄｏｐｅｄｆｉｂｅｒꎬＴＤＦ)温度沿径向和轴向的分布ꎮ结合遗传算法理论ꎬ研究了分段泵浦方式ꎬ经过参数优化ꎬ在功率为５Ｗ的２０２０ｎｍ输入信号光㊁总功率为１０００Ｗ的７９３ｎｍ激光泵浦㊁ＴＤＦ吸收系数为３.１ｄＢ/ｍ条件下ꎬ将总长度为１１ｍ的ＴＤＦ分为２.４ꎬ２ꎬ２ꎬ２ꎬ２.６ｍ的５段进行泵浦ꎬ得到放大信号激光输出功率为２８４.５Ｗ㊁斜率效率为２８.４５％㊁光纤外包层边界最高温度为８６.２８ħ且温度总体分布均匀ꎮ与传统前向泵浦㊁双端泵浦方式下的ＴＤＦＡ相比ꎬ其热效应有明显改善ꎮ关㊀键㊀词:掺Ｔｍ３＋光纤放大器ꎻ热效应管理ꎻ分段泵浦ꎻ遗传算法中图分类号:Ｏ４３７㊀㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀㊀ＤＯＩ:１０.３７１８８/ｆｇｘｂ２０２０４１０７.０８３９ＴｈｅｏｒｅｔｉｃａｌＳｔｕｄｙｏｆＰｕｍｐｉｎｇＭｅｔｈｏｄｏｆＨｉｇｈＰｏｗｅｒＴｍ３＋￣ｄｏｐｅｄＦｉｂｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒｆｏｒＴｈｅｒｍａｌＥｆｆｅｃｔＭａｎａｇｅｍｅｎｔＺＨＡＮＧＫｅ１ꎬＹＡＮＦｅｎｇ￣ｐｉｎｇ１∗ꎬＨＡＮＷｅｎ￣ｇｕｏ１ꎬＦＥＮＧＴｉｎｇ２∗(１.ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｌｌＯｐｔｉｃａｌＮｅｔｗｏｒｋａｎｄＡｄｖａｎｃｅｄＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＮｅｔｗｏｒｋｏｆＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎꎬＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＢｅｉｊｉｎｇＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＢｅｉｊｉｎｇ１０００４４ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＰｈｏｔｏｎｉｃｓＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒꎬＣｏｌｌｅｇｅｏｆＰｈｙｓｉｃｓＳｃｉｅｎｃｅ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬＨｅｂｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＢａｏｄｉｎｇ０７１００２ꎬＣｈｉｎａ)∗ＣｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇＡｕｔｈｏｒｓꎬＥ￣ｍａｉｌ:ｆｐｙａｎ＠ｂｊｔｕ.ｅｄｕ.ｃｎꎻｗｌｘｙｆｔ＠ｈｂｕ.ｅｄｕ.ｃｎＡｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｈｉｇｈ￣ｐｏｗｅｒｔｈｕｌｉｕｍ(Ｔｍ３＋)ｄｏｐｅｄｆｉｂｅｒｌａｓｅｒ(ＴＤＦＬ)ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｍａｓ￣ｔｅｒｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｐｏｗｅｒ￣ａｍｐｌｉｆｉｅｒｉｓｔｈｅｍａｉｎｔｙｐｅｏｆ２μｍｂａｎｄｈｉｇｈ￣ｐｏｗｅｒｆｉｂｅｒｌａｓｅｒｓ.Ｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｒ￣ｍａｌｅｆｆｅｃｔｍａｎａｇｅｍｅｎｔｏｆｔｈｅｔｈｕｌｉｕｍｄｏｐｅｄｆｉｂｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒ(ＴＤＦＡ)ｓｔａｇｅｍｅａｎｓａｌｏｔｔｏｔｈｅｃｏｎｔｉｎｕ￣ｏｕｓｌｙｐｏｗｅｒ￣ｓｃａｌｉｎｇｏｆｔｈｅＴＤＦＬ.Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｍａｉｎｌｙｆｏｃｕｓｅｓｏｎｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｏｐｔｉ￣ｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｐｕｍｐｉｎｇｍｅｔｈｏｄｏｆＴＤＦＡｆｏｒｔｈｅｒｍａｌｅｆｆｅｃｔｍａｎａｇｅｍｅｎｔ.ＷｅｕｓｅｔｈｅＲｕｎｇｅ￣ＫｕｔｔａｍｅｔｈｏｄａｎｄＮｅｗｔｏｎｉｔｅｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｓｔｅａｄｙ￣ｓｔａｔｅｒａｔｅｅｑｕａｔｉｏｎｏｆＴＤＦＡｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｕｍｐｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓ.ＡｎｄꎬｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅｈｅａｔｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎｅｑｕａｔｉｏｎꎬｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓｏｆＴｍ３＋ｄｏｐｅｄｆｉｂｅｒ(Ｔｈｕｌｉｕｍ￣ｄｏｐｅｄｆｉｂｅｒꎬＴＤＦ)ａｌｏｎｇｔｈｅｒａｄｉａｌａｎｄａｘｉａｌｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄ.Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍｔｈｅｏｒｙꎬｔｈｅｓｅｇｍｅｎｔａｌｌｙｐｕｍｐｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓｓｔｕｄｉｅｄ.Ｔｈｒｏｕｇｈｏｐｔｉｍｉｚｉｎｇｏｆｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｐａｒａｍｅｔｅｒｓꎬｕｓｉｎｇａ２０２０ｎｍｉｎｐｕｔｓｉｇｎａｌｌｉｇｈｔｗｉｔｈａｐｏｗｅｒｏｆ５Ｗꎬａ８４０㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第４１卷ｔｏｔａｌ７９３ｎｍｌａｓｅｒｐｕｍｐｐｏｗｅｒｏｆ１０００ＷａｎｄａＴＤＦｗｉｔｈａｎａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆ３.１ｄＢ/ｍａｎｄａｔｏｔａｌｌｅｎｇｔｈｏｆ１１ｍｗｈｉｃｈｉｓｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏ５ｓｅｇｍｅｎｔｓ(２.４ꎬ２ꎬ２ꎬ２ꎬ２.６ｍ)ꎬｗｅｏｂｔａｉｎｅｄａｎａｍｐｌｉｆｉｅｄｓｉｇｎａｌｌａｓｅｒｗｉｔｈａｎｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒｏｆ２８４.５Ｗａｎｄａｓｌｏｐｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆ２８.４５％ꎬａｎｄｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｔｔｈｅｏｕｔｅｒｃｌａｄｄｉｎｇｂｏｕｎｄａｒｙｏｆｔｈｅＴＤＦｉｓｏｎｌｙ８６.２８ħｗｉｔｈａｕｎｉｆｏｒｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｌｏｎｇｔｈｅｗｈｏｌｅｆｉｂｅｒ.ＣｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈａＴＤＦＡｕｓｉｎｇｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｆｏｒｗａｒｄｐｕｍｐｉｎｇｏｒｄｕａｌ￣ｅｎｄｐｕｍｐｉｎｇｍｏｄｅꎬｔｈｅｔｈｅｒｍａｌｅｆｆｅｃｔｈａｓｂｅｅｎｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｔｈｕｌｉｕｍ￣ｄｏｐｅｄｆｉｂｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒꎻｔｈｅｒｍａｌｅｆｆｅｃｔｍａｎａｇｅｍｅｎｔꎻｓｅｇｍｅｎｔｅｄｐｕｍｐꎻｇｅｎｅｔｉｃａｌｇｏｒｉｔｈｍ１㊀引㊀㊀言２μｍ波段掺Ｔｍ３＋光纤激光器(Ｔｈｕｌｉｕｍ￣ｄｏｐｅｄｆｉｂｅｒｌａｓｅｒꎬＴＤＦＬ)的输出波长处于人眼安全波段ꎬ并且同时覆盖了多个重要的吸收带ꎬ如水的吸收峰和大气窗口等ꎬ因此有望被广泛应用于诸多领域ꎬ如激光医疗手术㊁激光雷达和激光大气监测与传感等[１￣３]ꎮ近年来ꎬ光纤激光器的输出功率已从几瓦提高至几千瓦量级ꎬ大多采用主振荡功率放大器(Ｍａｓｔｅｒｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｐｏｗｅｒ￣ａｍｐｌｉｆｉｅｒꎬＭＯＰＡ)结构[４￣５]ꎮ除种子源激光器外ꎬ高功率放大器的性能是决定ＭＯＰＡ系统输出功率量级的关键ꎬ且随着诸多理论与实验工作的进一步开展ꎬ研究发现强烈的热效应是限制高功率光纤放大器输出功率进一步提升的主要因素之一ꎮ然而ꎬ目前关于２μｍ波段掺Ｔｍ３＋光纤放大器(Ｔｈｕｌｉｕｍ￣ｄｏｐｅｄｆｉｂｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒꎬＴＤＦＡ)热效应管理的理论研究报道还比较少ꎮ双包层掺Ｔｍ３＋光纤(Ｔｈｕｌｉｕｍ￣ｄｏｐｅｄｆｉｂｅｒꎬＴＤＦ)增益介质本身的表面积与体积比很大ꎬ散热性能良好ꎮ但是ꎬ对于上千瓦量级的ＴＤＦＡꎬ其泵浦光转化为信号光时量子亏损引起强烈的热效应ꎬ从而引起光纤热透镜效应㊁应力和折射率变化等问题[６]ꎮ此外ꎬ热效应还会严重影响激光输出特性ꎬ如输出波长不稳定㊁转换效率下降㊁光束质量变差㊁噪声高等ꎮ因此ꎬ研究高功率ＴＤＦＡ的热效应管理问题对其整体性能的提升有着重要意义[５￣６]ꎮ目前ꎬ对于高功率光纤放大器热效应的研究主要集中在三个方面[６]:增益光纤制作质量提升㊁泵浦优化及外部散热辅助ꎬ研究也多以１μｍ波段的掺镱光纤放大器为主[７￣１４]ꎮ其中ꎬ以泵浦方式及泵浦源选择研究为主的泵浦优化方面可以开展大量的实验与理论研究工作ꎮ对于ＴＤＦＡꎬ常用７９３ｎｍ的半导体激光器(ＬａｓｅｒｄｉｏｄｅꎬＬＤ)作为ＴＤＦ的泵浦源ꎬ而由于７９３ｎｍ~２μｍ之间的量子亏损比较大ꎬ这种泵浦方式可实现的最高斜率效率为６０％ꎬ泵浦源产生的热沉积成为限制其输出功率进一步提升的主要原因[１５￣１６]ꎮ研究者们尝试使用其他波段激光泵浦ＴＤＦꎬ用于实现更高的输出功率ꎮ２００７年ꎬＭｅ￣ｌｅｓｈｋｅｖｉｃｈ等利用中心波长为１５００ｎｍ附近的铒镱共掺光纤激光器作为泵浦源ꎬ获得了中心波长为１９４０ｎｍ㊁功率为４１５Ｗ的连续激光输出[１７]ꎻ２０１４年ꎬＣｒｅｅｄｅｎ等利用中心波长为１９０８ｎｍ的ＴＤＦＬ泵浦掺铥光纤获得中心波长为１９９３ｎｍ㊁功率为１２３Ｗ的连续激光输出[１８]ꎮ但是ꎬ特殊波长的高功率泵浦源的获取是非常大的难题ꎬ对于２μｍ波段ＴＤＦＡ的实现ꎬ目前仍以高功率７９３ｎｍ的ＬＤ泵浦为主ꎮ可见ꎬ在泵浦方式方面开展研究工作ꎬ是目前高功率ＴＤＦＡ热效应管理中泵浦优化的主要途径ꎮ本文主要针对高功率ＴＤＦＡ的分段泵浦方式进行理论建模和仿真研究ꎬ采用龙格库塔法以及牛顿迭代法求解出耦合速率方程ꎬ并根据热传导方程得出ＴＤＦ的径向和轴向温度分布ꎬ再结合遗传算法理论对分段泵浦的每段泵浦功率及长度做出优化选择ꎮ以５段泵浦为例ꎬ在得到ＴＤＦＡ较高转换效率的同时实现ＴＤＦ最高温度满足实际需要且整体光纤温度均匀分布ꎮ２㊀理论模型与方法２.１㊀泵浦方案和理论模型图１为３Ｈ６ң３Ｈ４泵浦方案的能级跃迁示意图ꎮ该泵浦方案对应于８００ｎｍ的吸收峰ꎬ泵浦源通常使用中心波长为７９３ｎｍ的ＬＤ激光器ꎮ在３Ｈ６ң３Ｈ４的跃迁方式下得到双包层ＴＤ￣ＦＡ的稳态速率方程为[１９￣２０]:㊀第７期张㊀轲ꎬ等:高功率掺Ｔｍ３＋光纤放大器热效应管理的泵浦方式优化理论研究８４１㊀LaserW 10N 0N 1N 2N 3粒子密度W 01W 033H 63F 43H 5k 3101k 1013Pump3H 4能级图１㊀３Ｈ６ң３Ｈ４能级跃迁示意图Ｆｉｇ.１㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆ３Ｈ６ң３Ｈ４ｅｎｅｒｇｙｌｅｖｅｌｔｒａｎｓｉｔｉｏｎｄＮ０ｄｔ＝－(Ｗ０１＋Ｗ０３)Ｎ０＋Ｎ１τ１＋Ｗ１０Ｎ１＋Ｎ３τ３ｄＮ１ｄｔ＝Ｗ０１Ｎ０－１τ１＋Ｗ１０()Ｎ１＋２Ｇ＋β３１Ｎ３τ３ｄＮ３ｄｔ＝Ｗ０３Ｎ０－１τ３Ｎ３－ＧＮ＝Ｎ０＋Ｎ１＋Ｎ３ìîíïïïïïïïïïꎬ(１)其中ꎬτｉ为能级ｉ的寿命ꎻＮ为总的离子数浓度ꎻＧ为交叉弛豫因子ꎻＷ０３㊁Ｗ１０㊁Ｗ０１分别为基态泵浦吸收系数㊁２μｍ激光受激发射系数和受激吸收系数ꎬ它们可分别表示为:Ｇ＝ｋ３１０１Ｎ３Ｎ０－ｋ１０１３Ｎ２１ꎬＷ０３＝λｐΓｐｈｃＡσα(λｐ)[Ｐ＋ｐ(ｚ)＋Ｐ－ｐ(ｚ)]Ｗ１０＝λｓΓｓｈｃＡσｅ(λｓ)[Ｐ＋ｓ(ｚ)＋Ｐ－ｓ(ｚ)]Ｗ０１＝λｓΓｓｈｃＡσα(λｓ)[Ｐ＋ｓ(ｚ)＋Ｐ－ｓ(ｚ)]ìîíïïïïïïïꎬ㊀(２)其中ꎬλｐ㊁λｓ分别为泵浦光和信号光的波长ꎬΓｐ和Γｓ为泵浦光和信号光的重叠因子ꎬｈ为普朗克常量ꎬｃ为光速ꎬｋｉｊｋｌ表示能级ｉ到能级ｊ和能级ｋ到能级ｌ的能量转移系数ꎮσｅ(λｐ)㊁σα(λｐ)㊁σｅ(λｓ)㊁σα(λｓ)分别为泵浦光的发射和吸收截面㊁２μｍ激光的发射和吸收截面ꎻＰʃｐ(ｚ)和Ｐʃｓ(ｚ)分别为前㊁后向泵浦光功率和前㊁后向信号光功率ꎬ忽略ＳＢＳ效应的影响ꎬ可分别表示为:ｄＰʃｐ(ｚ)ｄｚ＝∓[Γｐ(σα(λｐ)Ｎ０＋σｅ(λｐ)Ｎ１)＋δｐ]Ｐʃｐ(ｚ)ｄＰʃｓ(ｚ)ｄｚ＝ʃ[Γｓ(σｅ(λｓ)Ｎ１－σα(λｓ)Ｎ０)＋δｓ]Ｐʃｓ(ｚ)ìîíïïïïïïïïꎬ(３)其中ꎬδｐ和δｓ分别为泵浦光和２μｍ激光的本征吸收系数ꎬ正㊁负号分别表示沿光纤的正㊁反方向ꎮ分段泵浦示意图如图２所示ꎬ其中Ｐ＋ｓ１(０)为种子光功率ꎮ公式(４)为满足分ｎ段的泵浦边界方程:Ｐ＋ｐｍ(０)＝(１－μ)Ｐ＋ｐ(ｍ－１)(Ｌ)＋ｐ＋ｍ－１Ｐ＋ｐｍ(Ｌ)＝(１－μ)Ｐ－ｐ(ｍ＋１)(０)＋ｐ－ｍＰ＋ｓｍ(０)＝(１－η)Ｐ＋ｓ(ｍ－１)(Ｌ)Ｐ－ｓｍ(Ｌ)＝(１－η)Ｐ－ｓ(ｍ＋１)(０)ìîíïïïïïꎬ(４)其中ꎬＰ＋ｐｍ(０)㊁Ｐ－ｐｍ(Ｌ)㊁Ｐ＋ｓｍ(０)㊁Ｐ－ｓｍ(Ｌ)分别为第ｍ段的前㊁后向泵浦光与信号光功率ꎮｐ＋ｍ和ｐ－ｍ分别是第ｍ段前㊁后向注入泵浦光功率ꎬμ为泵浦点泵浦光的泄露比率ꎬ取０.１２３ꎻη为前㊁后向激光在经过泵浦点时的损耗比率ꎬ取０.０１ꎻ下标ｍ表示相应的光纤段序数ꎮTDF 2TDF 1Seed laserP +p2P -P +p1P -p2P +p3P -p （m -1)P -p m P +p （m +1)P -p （n -1)P -P nTDF nP outTDF mp1P +（0）s1图２㊀ＴＤＦＡ分段泵浦示意图Ｆｉｇ.２㊀ＳｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｓｅｇｍｅｎｔａｌｌｙｐｕｍｐｅｄＴＤＦＡ２.２㊀温度分布和理论模型ＴＤＦＡ中的大部分热量是吸收泵浦光时量子亏损引起的ꎬ其在光纤径向的热传导方程为:１ｒ∂∂ｒ∂Ｔ∂ｒ[]＝－Ｑｋꎬ(５)其中ｒ为光纤径向方向坐标ꎬｋ为热传导系数ꎬＱ为热功率密度ꎮ假设ＴＤＦ的纤芯半径为ｒ０ꎬ内包层半径为ｒ１ꎬ外包层半径为ｒ２ꎮ将热传导方程与光纤温度分布的边界条件结合ꎬ得到ＴＤＦ中径向温度分布:８４２㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第４１卷Ｔ０(ｒ)＝Ｔ０－１４Ｑｒ２ｋＴ１(ｒ)＝Ｔ０－Ｑｒ２０４ｋ－Ｑｒ２０２ｋｌｎｒｒ０()Ｔ２(ｒ)＝Ｔ０－Ｑｒ２０４ｋ－Ｑｒ２０２ｋｌｎｒ１ｒ０æèçöø÷－Ｑｒ２０ｋｌｎｒｒ１()ìîíïïïïïïïꎬ(６)其中ꎬＴ０(ｒ)㊁Ｔ１(ｒ)㊁Ｔ２(ｒ)分别为纤芯㊁内包层㊁外包层中坐标ｒ处的温度ꎬ且有Ｔ０＝Ｔ０(０)ꎮ单位体积内泵浦功率密度及纤芯轴向温度可分别表示为:Ｑ(ｚ)＝βｐηｈ[Ｐ＋ｐ(ｚ)＋Ｐ－ｐ(ｚ)]πｒ２０ꎬ(７)Ｔ０(ｚ)＝Ｔｃ＋Ｑｒ２０２Ｈｒ２＋Ｑｒ２０４ｋ＋Ｑｒ２０２ｋ２ｌｎｒ１ｒ０æèçöø÷＋Ｑｒ２０２ｋｌｎｒ２２ｒ２１æèçöø÷ꎬ(８)其中ꎬβｐ为泵浦吸收系数ꎬＨ为对流传热系数ꎬＴｃ为环境温度或制冷温度ꎬ且若只考虑量子亏损产生的热量时ꎬηｈ＝(λｓ－λｐ)/λｓꎮ２.３㊀理论方法龙格库塔法配合牛顿迭代法可求解两点边值问题的微分方程组ꎬ在计算分段泵浦的速率方程时可以将多点边值问题转换为两点问题ꎮ基本思路是:假设存在３个泵浦点ꎬ分别位于ｚ＝０㊁ｚ＝ｋＬ㊁ｚ＝Ｌ处ꎬ其中Ｌ为光纤长度ꎻ将泵浦点１和２之间的区间通过线性坐标变换ｚ＝ｚ１/ｋ１由[０ꎬｋ１Ｌ]换成[０ꎬＬ]ꎬ泵浦点２和３之间光纤通过线性变化同样由[０ꎬｋ２Ｌ]变为[０ꎬＬ]ꎬｋ１㊁ｋ２分别为两段光纤与整段光纤的长度比ꎬ则分别有ｄｚ１＝ｋ１Ｌｄｚ和ｄｚ２＝ｋ２Ｌｄｚꎮ这样就可将三点边值问题转换为两点边值问题[２１]ꎮ使用ＭＡＴＬＡＢ进行数值仿真ꎬ计算中所用到的各个参数的选取如表１所示ꎮ基于表１中的参数ꎬ对于ＴＤＦＡꎬ图３给出了前向泵浦方式下ꎬ泵浦功率为１０００Ｗ㊁信号光功率为５Ｗ㊁纤芯掺杂浓度Ｎ＝２.５ˑ１０２６ｍ－３时光纤径向温度分布以及光纤外包层边界(ｒ＝２００μｍ)处温度沿光纤轴向的分布情况ꎮ从图３(ａ)中可以看出ꎬＴＤＦ中纤芯与外包层外侧处温差为２０ħꎬ而纤芯与外包层外侧正常工作所允许的最高温度分别为７００ħ与２００ħꎬ故外包层外侧的温度为主要的限制因素ꎮ从图３(ｂ)中可以看出ꎬ泵浦端的外包层外侧温度为６９３.２１ħꎬ远高于２００ħꎬ所以在高功率ＴＤＦＡ中需要进行热管理ꎮ表１㊀数值模型中各个参数的取值[１９]Ｔａｂ.１㊀Ｖａｌｕｅｏｆｅａｃｈｐａｒａｍｅｔｅｒｉｎｔｈｅｎｕｍｅｒｉｃａｌｍｏｄｅｌ[１９]λｐ/ｎｍλｓ/ｎｍｈ/(Ｊｓ)τ１/μｓ７９３２０２０６.６３ˑ１０－３４３４０ｋ３１０１/(ｍ－３ｓ－１)ｋ１０１３β３１σα(λｐ)/ｍ２３ˑ１０－２３０.０８４ｋ３１０１０.７２５ˑ１０－２５σｅ(λｐ)/ｍ２σα(λｓ)/ｍ２σｅ(λｓ)/ｍ２Гｐ/ｍ２２.５ˑ１０－２５１０－２６２.５ˑ１０－２５０.８９６４Гｓδｐδｓｋ/(Ｗｍ－１Ｋ－１)０.７５２０.０１２０.００２３１.３３Ｈ/(Ｗｍ－２Ｋ－１)ｒ０/μｍｒ１/μｍｒ２/μｍ５０１５１２５２００71571050150r /滋mT /℃705700695690（a ）100020070060014L /mT /℃4003002000（b ）30650010025图３㊀ＴＤＦ中温度沿光纤径向分布(ａ)与轴向分布(ｂ)Ｆｉｇ.３㊀Ｒａｄｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ(ａ)ａｎｄａｘｉａｌｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ(ｂ)ｏｆｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎＴＤＦ３㊀分段泵浦仿真分析与优化３.１㊀泵浦方式对比及分析本文仿真中参数设置为低掺浓度掺杂Ｔｍ３＋的交叉弛豫系数ꎬ所以得到的斜率效率比较低ꎬ但是对应的量子亏损更大ꎬ产生的热效应也就更为明显ꎬ得到的仿真结果更适用于一般情况ꎬ更有助㊀第７期张㊀轲ꎬ等:高功率掺Ｔｍ３＋光纤放大器热效应管理的泵浦方式优化理论研究８４３㊀于说明分段泵浦方式热效应管理的优势ꎮ当采用前向泵浦方式ꎬ泵浦光功率为１０００Ｗ㊁信号光功率为５Ｗ时ꎬ转化斜率效率与交叉弛豫系数关系如图４所示ꎮ从图４中可以看出ꎬ斜率效率随着交叉弛豫系数的增大而增大ꎬ这是因为增强交叉弛豫过程会增加量子转换效率ꎮ605015L /mS l o p e e f f i c i e n c y /%4030201002346k 3101=3×10-23m -3·s -1k 3101=6×10-23m -3·s-1k 3101=1.2×10-22m -3·s-1k 3101=2×10-22m -3·s -1k 3101=4×10-22m -3·s-1k 3101=3×10-22m -3·s -1图４㊀交叉弛豫系数对斜率效率的影响Ｆｉｇ.４㊀Ｅｆｆｅｃｔｏｆｃｒｏｓｓ￣ｒｅｌａｘａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｎｓｌｏｐｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ基于表１中的仿真参数ꎬ对于ＴＤＦＡꎬ图５给出了在总泵浦功率为１０００Ｗ条件下ꎬ２０２０ｎｍ种子源信号光功率为５Ｗ㊁纤芯掺杂浓度Ｎ＝２.５ˑ１０２６ｍ－３时ꎬ分别在前向泵浦㊁双端泵浦㊁分段泵35025015L /mP o w e r /W300Forward pumping Dual 鄄end pumping Segmentally pumping200150100500203470015L /mT /℃Forward pumping Dual 鄄end pumping Segmentally pumping40030020010002034500600（b ）（a ）图５㊀不同泵浦方式下ＴＤＦ中信号光功率(ａ)与外包层边界温度(ｂ)沿光纤轴向分布Ｆｉｇ.５㊀Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｓｉｇｎａｌｌａｓｅｒｐｏｗｅｒ(ａ)ａｎｄｏｕｔｅｒｃｌａｄ￣ｄｉｎｇｂｏｕｎｄａｒｙｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ(ｂ)ａｌｏｎｇｔｈｅＴＤＦｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｕｍｐｉｎｇｍｅｔｈｏｄｓ浦(５段)３种泵浦方式下ꎬＴＤＦ中放大信号光功率及光纤外包层边界(ｒ＝２００μｍ)处温度沿光纤轴向分布情况ꎮ其中ꎬ３种情况下ＴＤＦ长度均为５ｍꎮ从图５(ａ)中可以看出ꎬ在光纤长度相同时ꎬ３种泵浦方式在光纤末端处的放大信号光功率分别为３２６.６８ꎬ３２２.７１ꎬ２６４.７３Ｗꎬ其中前向泵浦的信号光功率最大ꎬ其次为双端泵浦ꎬ分段泵浦的信号光功率最低ꎮ造成这种情况的原因主要有两个:一是泵浦光转化效率不同ꎬ因为在不同的泵浦方式下光纤的最佳长度不一样ꎬ存在光纤长度过短时泵浦光未被完全吸收现象ꎻ二是分段泵浦的泵浦光以及产生激光受每段泵浦点的耦合效率以及传输效率的影响ꎬ即泵浦点越多ꎬ泵浦光以及信号光损耗的功率就越多ꎮ由图５(ｂ)可以明显看出ꎬ在不考虑外部散热条件下ꎬ在传统前向泵浦及双端泵浦方案中ꎬ当泵浦光总功率达到千瓦级别时ꎬＴＤＦ外包层边界最高温度分别为６９３.２１ħ和３６０.７１ħꎮ但一般双包层ＴＤＦ外包层外起保护作用的涂覆层在温度达到２００ħ时就会被烧毁ꎮ分段泵浦的最高温度为１７３.２９ħꎬ而且整体分布均匀ꎬ可以达到ＴＤＦ工作时涂覆层对于温度的要求ꎮ由此可见ꎬ采用分段泵浦的方式可以大大降低光纤外包层边界的温度并且使温度大致均匀地分布在光纤中ꎮ另外ꎬ前向㊁双端㊁分段泵浦的斜率效率分别为３２.６８％㊁３２.２７％㊁２６.４７％ꎬ可见采用分段泵浦斜率效率下降了６％左右ꎮ这有望通过进一步分析得到分段泵浦的最佳光纤长度后得以改善ꎬ而且在提高斜率效率的同时ꎬ有望进一步减小泵浦光在每个泵浦点的沉积从而降低光纤中的最高温度ꎮ３.２㊀泵浦吸收系数分析除光纤长度外ꎬ从公式(７)㊁(８)可以看出ꎬ光纤工作温度也与平均泵浦吸收系数βｐ密切相关ꎬ长度为Ｌ的ＴＤＦ光纤的βｐ可以定义为:βｐ＝１２Ｌ[ｌｇＰ＋ｐ(０)Ｐ＋ｐ(Ｌ)＋ｌｇＰ－ｐ(Ｌ)Ｐ－ｐ(０)]ˑ１０ꎬ(９)双端泵浦可以看作一种特殊的分段泵浦方式ꎬ故以双端泵浦为例ꎬ找到兼顾激光器输出性能以及温度的最佳泵浦吸收系数ꎬ为接下来分析分段泵浦提供数据依据ꎮ在总泵浦功率为１０００Ｗ(前㊁后向分别为５００Ｗ)条件下ꎬ泵浦吸收系数为３.１８４４㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第４１卷ｄＢ/ｍ时ꎬ泵浦光及放大信号光功率分布及信号光输出功率与光纤总长度的关系分别如图６(ａ)㊁(ｂ)所示ꎮ1L /mP o w e r /W400Forward pump 30020010002034311.0 4.5L /mP o u t /W310.0309.5309.0308.55.05.56.0310.5（b ）（a ）Backward pump Forward signal Backward signal500656.57.07.5图６㊀(ａ)双端泵浦方式下ＴＤＦ中各功率成分分布图ꎻ(ｂ)输出功率与光纤长度关系ꎮＦｉｇ.６㊀(ａ)ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｅａｃｈｐｏｗｅｒｃｏｍｐｏｎｅｎｔｉｎｔｈｅＴＤＦｕｎｄｅｒｄｕａｌ￣ｅｎｄｐｕｍｐｉｎｇｍｏｄｅ.(ｂ)Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅ￣ｔｗｅｅｎｌａｓｅｒｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒａｎｄｆｉｂｅｒｌｅｎｇｔｈｕｓｅｄ.由于双端泵浦方式下增益光纤两端都有泵浦源ꎬ所以当光纤长度一定时ꎬ信号光功率在光纤上的分布整体呈增长趋势ꎬ无法直观判断出最优光纤长度ꎬ需要通过比较不同长度的光纤后才能得出结果ꎮ如图６(ｂ)所示ꎬ在泵浦吸收系数为３.１ｄＢ/ｍ时ꎬ光纤最优长度为５.７５ｍꎬ其他泵浦吸收系数及其对应的最优光纤长度研究方法与此相同ꎮ光纤最优长度与泵浦吸收系数的关系及光纤最优长度时对应的放大信号激光输出功率㊁光纤外包层边界最高温度及平均温度与泵浦吸收系数的对应关系如图７所示ꎮ从图７(ａ)中可以看出ꎬ随着泵浦吸收系数的增大ꎬ光纤最优长度减小ꎮ图７(ｂ)㊁(ｃ)显示ꎬ在利用图７(ａ)中得到的βｐ对应的光纤最优长度时ꎬ随着βｐ增大ꎬ放大信号激光的输出功率逐渐增大ꎬ光纤的最高温度及平均温度也逐渐升高ꎮ当βｐȡ３.１ｄＢ/ｍ时ꎬ信号输出功率增加逐渐趋于平缓ꎬ斜率效率大于３２％且不再明显增加ꎬ但此时光纤的温度依然处于线性升高状态ꎬ所以此时不应过于追求增加斜率效率ꎮ由双端泵浦可以得出βｐ＝３.１ｄＢ/ｍ为泵浦吸收系数的最佳取值ꎬ以此为条件来提高分段泵浦的斜率效率ꎮ806014βp /(dB ·m -1)L o p t /m53270（a ）5040302010034030014βp /(dB ·m -1)P o u t /W5320320（b ）26024020018022028016050014βp /(dB ·m -1)T ℃532（c ）2004000100300600T max T ave图７㊀光纤最优长度(ａ)㊁激光输出功率(ｂ)㊁ＴＤＦ外包层边界最高温度与平均温度(ｃ)与泵浦吸收系数的对应关系ꎮＦｉｇ.７㊀Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｆｉｂｅｒｌｅｎｇｔｈ(ａ)ꎬｌａｓｅｒｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒ(ｂ)ꎬｍａｘｉｍｕｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄａｖｅｒａｇｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｔＴＤＦｓｏｕｔｅｒｃｌａｄｄｉｎｇｂｏｕｎｄａｒｙ(ｃ)ａｎｄｐｕｍｐａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｏｆＴＤＦ.㊀３.３㊀分段泵浦分析由以上分析可知ꎬ分段泵浦存在一个最佳光纤长度使得光光转换效率最高并且可以减小泵浦光的沉积ꎮ图８表示了在总泵浦功率为１０００Ｗ㊁泵浦吸收系数为３.１ｄＢ/ｍ条件下ꎬ分㊀第７期张㊀轲ꎬ等:高功率掺Ｔｍ３＋光纤放大器热效应管理的泵浦方式优化理论研究８４５㊀段泵浦的ＴＤＦＡ中放大信号激光输出功率ꎬ以及光纤外包层边界最高温度随光纤长度变化的趋势ꎮ图中３条曲线分别表示分段数为４ꎬ５ꎬ６时的情况ꎬ其中每段的光纤长度㊁注入的泵浦光功率都相等ꎮ280614L /mP o u t /W285275270265260（a ）n =4n =5n =648121016140614L /mT m a x /℃12010080（b ）n =4n =5n =64812101660180160图８㊀分段泵浦方式下ꎬ激光输出功率(ａ)与ＴＤＦ外包层边界最高温度(ｂ)随使用ＴＤＦ光纤长度的变化关系ꎮＦｉｇ.８㊀Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｌａｓｅｒｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒ(ａ)ꎬｍａｘｉｍｕｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｔＴＤＦｓｏｕｔｅｒｃｌａｄｄｉｎｇｂｏｕｎｄａｒｙ(ｂ)ａｎｄｔｈｅｌｅｎｇｔｈｏｆＴＤＦｕｓｅｄｕｎｄｅｒｓｅｇ￣ｍｅｎｔａｌｌｙｐｕｍｐｉｎｇｍｅｔｈｏｄ.从图８(ａ)可以看出ꎬ随着光纤长度的增加ꎬ信号光的输出功率逐渐增大ꎬ达到最大功率后逐渐下降ꎬ存在一个最佳长度ꎮ逐渐增大对应泵浦光转换为信号光的过程ꎬ再减小是由于光纤过长时信号光会被吸收而在其他波段产生自发辐射ꎮ经过计算可知ꎬ３种分段方式下ꎬ最佳长度分别为８.５ꎬ９.６ꎬ１１.１ｍꎬ而且可以发现段数越多ꎬ最佳长度越长ꎬ这是因为泵浦点越多就需要更长的光纤来吸收泵浦光ꎻ同时可以看出ꎬ随着分段数的增加ꎬＴＤＦＡ信号光的最大功率逐渐减小ꎬ分段数为４ꎬ５ꎬ６时对应的最大信号功率分别为２８１.６４ꎬ２７６.７８ꎬ２７２.６１Ｗꎮ这是因为每个泵浦点处泵浦光并不能完全耦合入光纤中ꎬ即耦合效率不是１００％ꎬ存在泵浦光损耗的因素ꎮ其次ꎬ在分段光纤熔接处ꎬ即使熔接质量很好ꎬ也会存在一定程度的激光泄露ꎮ功率损耗会随着分段数进行叠加ꎬ分段越多ꎬ损耗越大ꎮ所以在光纤温度处于正常时ꎬ在满足功率输出要求下ꎬ尽可能采取分段少的方式进行热管理ꎮ图８(ｂ)表明随着光纤长度的增加ꎬ光纤最高温度逐渐降低ꎬ这也验证了之前关于光纤过短时泵浦光在泵浦点累积导致光纤最高温度升高的观点ꎮ25028L /mP o u t /W2001501000（a ）0469028L /mT /℃807065（b ）n =546953005010Forward pumping Backward pumping Forward signal Backward signal75100105108560图９㊀未优化时ꎬ分段泵浦方式下ꎬ各功率成分(ａ)与ＴＤＦ外包层边界温度(ｂ)沿光纤轴向分布图ꎮＦｉｇ.９㊀Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｅａｃｈｐｏｗｅｒｃｏｍｐｏｎｅｎｔ(ａ)ａｎｄｔｅｍ￣ｐｅｒａｔｕｒｅａｔＴＤＦｓｏｕｔｅｒｃｌａｄｄｉｎｇｂｏｕｎｄａｒｙ(ｂ)ａｌｏｎｇｔｈｅＴＤＦｕｎｄｅｒｓｅｇｍｅｎｔａｌｌｙｐｕｍｐｉｎｇｍｅｔｈｏｄｗｉｔｈｏｕｔｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ㊀接下来以５段泵浦方式为例ꎬ分析其在最佳泵浦吸收系数以及最佳光纤长度下功率与温度的分布ꎮ图９为泵浦光与信号光以及光纤温度在βｐ＝３.１ｄＢ/ｍ对应的最佳长度时沿光纤的轴向分布ꎮ图９(ａ)表明信号光的输出功率为２７６.７８Ｗꎬ大于未在最优长度时的２６４.７３Ｗꎬ斜率效率为２７.６％ꎬ相比其他泵浦方式只下降５％ꎮ从图９(ｂ)中可以看出光纤最高温度为１００.２８ħꎬ低于未在最优长度时的１７３.２９ħꎮ但是可以发现光纤每段的最高温度分布不均匀ꎬ最大为１００.２８ħꎬ最小为７６.４５ħꎬ这主要是因为泵浦光功率分布未优化ꎬ泵浦光沉积现象依然存在ꎮ８４６㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第４１卷25028L /mP o w e r /W2001501000（a ）0468028L /mT /℃60（b ）n =54630050Forward pumping Backward pumping Forward signal Backward signal65851175n =5101255709001359107图１０㊀优化后ꎬ分段泵浦方式下ꎬ各功率成分(ａ)与ＴＤＦ外包层边界温度(ｂ)沿光纤轴向分布图ꎮＦｉｇ.１０㊀Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｅａｃｈｐｏｗｅｒｃｏｍｐｏｎｅｎｔ(ａ)ａｎｄｔｅｍ￣ｐｅｒａｔｕｒｅａｔＴＤＦｓｏｕｔｅｒｃｌａｄｄｉｎｇｂｏｕｎｄａｒｙ(ｂ)ａｌｏｎｇｔｈｅＴＤＦｕｎｄｅｒｓｅｇｍｅｎｔａｌｌｙｐｕｍｐｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｆｔｅｒｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ㊀３.４㊀温度分布优化由公式(７)㊁(８)可以看出在ηｈ不变时ꎬ解决温度分布不均匀的主要方法有对分段光纤设置非均匀的泵浦吸收系数㊁不同的泵浦光功率㊁光纤长度等ꎮ本文主要通过对每段光纤设置不同的泵浦光功率以及光纤长度来达到温度分布均匀的目的ꎮ具体方法为:使用遗传算法同时对光纤长度和泵浦光功率进行选择ꎬ在实现温度均匀分布的同时获得较大的斜率效率ꎮ其基本方法为:设置优化参数ＬｉꎬＰ＋ｐꎬｉꎬＰ－ｐꎬｉꎬｉ＝１ꎬ２ꎬꎬｎꎬＰ－ｐꎬｉ－１＝Ｐ＋ｐꎬｉꎬ即前后相邻的泵浦光功率设置相等ꎻｎ是光纤段数ꎬＬ２＝Ｌ３＝＝Ｌｎ－１ꎬ除首尾两端外ꎬ中间分段光纤的长度相同ꎬ这是因为首尾端的光纤要充分吸收前向㊁后向泵浦功率ꎮ遗传算法的目标函数为参数优化后最终要达到的目的ꎬ其定义为:－１ｎðｎｉ＝１(Ｔｉ－Ｔａｖｅ)２)[]１/２－１Ｐｏｕｔꎬ(１０)其中ꎬＴｉ为光纤每段中最高温度ꎬＴａｖｅ为每段的平均温度ꎬＰｏｕｔ为输出功率ꎮ目标函数的第一部分为光纤中最高温度的标准方差ꎬ第二部分为输出功率的倒数ꎻ遗传算法优化时采用搜索目标函数最大值机制ꎬ所以取两项的相反数ꎬ同时满足得到最小标准方差和最大输出功率的结果ꎬ实现温度的均匀分布及获得较高的斜率效率ꎮ对分５段泵浦的情况进行优化计算得到结果为Ｌ１＝２.４ｍꎬＬ５＝２.６ｍꎬ其他分段长度为２ｍꎬ总长１１ｍꎮ泵浦功率设置分别为Ｐ＋ｐꎬ１＝１１５Ｗ㊁Ｐ－ｐꎬ５＝８９Ｗ㊁Ｐ－ｐꎬ１＝Ｐ＋ｐꎬ２＝１０８Ｗ㊁Ｐ－ｐꎬ２＝Ｐ＋ｐꎬ３＝１００Ｗ㊁Ｐ－ｐꎬ３＝Ｐ＋ｐꎬ４＝９４Ｗ㊁Ｐ－ｐꎬ４＝Ｐ＋ｐꎬ５＝９６ＷꎮＴＤＦ中各功率成分和外包层边界温度沿光纤轴向分布分别如图１０(ａ)㊁(ｂ)所示ꎮ可得ＴＤＦＡ的输出功率为２８４.５Ｗꎬ斜率效率２８.４５％ꎬ相比单向及双端泵浦方式仅下降了４％ꎮ但光纤中最高温度仅为８６.２８ħꎬ且每段最高温度间最大差值仅为１.９７ħꎬ实现了温度的均匀分布ꎬ并且与优化前相比降低了光纤最高工作温度ꎮ４㊀结㊀㊀论本文对基于分段泵浦的高功率ＴＤＦＡ热效应管理进行理论研究ꎬ利用龙格库塔法以及牛顿迭代法求解不同泵浦方式下ＴＤＦＡ的稳态速率方程ꎬ并根据热传导方程ꎬ模拟ＴＤＦ温度沿径向和轴向的分布ꎬ通过对比得出分段泵浦对于热效应管理的优势ꎮ结合遗传算法理论ꎬ以５段泵浦为例ꎬ经过参数优化ꎬ当给定功率为５Ｗ的种子光输入时ꎬ将吸收系数为３.１ｄＢ/ｍ㊁总长度为１１ｍ的ＴＤＦ分为２.４ꎬ２ꎬ２ꎬ２ꎬ２.６ｍ的５段进行泵浦ꎬ在总功率为１０００Ｗ的７９３ｎｍ激光泵浦下ꎬ得到激光输出功率为２８４.５Ｗ㊁斜率效率为２８.４５％㊁光纤外包层边界最高温度为８６.２８ħ且温度总体分布均匀ꎬ总体热效应较传统前向泵浦㊁双端泵浦以及未优化前的分段泵浦ＴＤＦＡ均有明显改善ꎮ本文的研究工作及研究方法为２μｍ波段高功率ＴＤＦＬ的热效应管理及功率的进一步提升提供了重要的研究基础ꎮ参㊀考㊀文㊀献:[１]龙井宇ꎬ白晋涛ꎬ任兆玉ꎬ等.２μｍ掺Ｔｍ３＋石英光纤激光器的泵浦效率分析和研究进展[Ｊ].激光杂志ꎬ２００９ꎬ㊀第７期张㊀轲ꎬ等:高功率掺Ｔｍ３＋光纤放大器热效应管理的泵浦方式优化理论研究８４７㊀３０(４):１￣３.ＬＯＮＧＪＹꎬＢＡＩＪＴꎬＲＥＮＺＹꎬｅｔａｌ..Ｐｕｍｐｉｎｇｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆ２μｍＴｍ３＋ｄｏｐｅｄｓｉｌｉｃａｆｉｂｅｒｌａｓｅｒｓ[Ｊ].ＬａｓｅｒＪ.ꎬ２００９ꎬ３０(４):１￣３.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ)[２]ＭＡＱＬꎬＢＯＹꎬＺＯＮＧＮꎬｅｔａｌ..Ｌｉｇｈｔｓｃａｔｔｅｒｉｎｇａｎｄ２μｍｌａｓｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆＴｍʒＹＡＧｃｅｒａｍｉｃ[Ｊ].Ｏｐｔ.Ｃｏｍｍｕｎ.ꎬ２０１１ꎬ２８４(６):１６４５￣１６４７.[３]ＷＡＮＧＸꎬＺＨＯＵＰꎬＺＨＡＮＧＨＷꎬｅｔａｌ..１００Ｗ￣ｌｅｖｅｌＴｍ￣ｄｏｐｅｄｆｉｂｅｒｌａｓｅｒｐｕｍｐｅｄｂｙ１１７３ｎｍＲａｍａｎｆｉｂｅｒｌａｓｅｒｓ[Ｊ].Ｏｐｔ.Ｌｅｔｔ.ꎬ２０１４ꎬ３９(１５):４３２９￣４３３２.[４]刘江ꎬ刘晨ꎬ师红星ꎬ等.３４２Ｗ全光纤结构窄线宽连续掺铥光纤激光器[Ｊ].物理学报ꎬ２０１６ꎬ６５(１９):１９４２０９￣１￣５.ＬＩＵＪꎬＬＩＵＣꎬＳＨＩＨＸꎬｅｔａｌ..３４２Ｗｎａｒｒｏｗ￣ｌｉｎｅｗｉｄｔｈｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ￣ｗａｖｅｔｈｕｌｉｕｍ￣ｄｏｐｅｄａｌｌ￣ｆｉｂｅｒｌａｓｅｒ[Ｊ].ＡｃｔａＰｈｙｓ.Ｓｉｎｉｃａꎬ２０１６ꎬ６５(１９):１９４２０９￣１￣５.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ)[５]胡志涛ꎬ何兵ꎬ周军ꎬ等.高功率光纤激光器热效应的研究进展[Ｊ].激光与光电子学进展ꎬ２０１６ꎬ５３(８):０８０００２￣１￣１０.ＨＵＺＴꎬＨＥＢꎬＺＨＯＵＪꎬｅｔａｌ..Ｒｅｓｅａｒｃｈｐｒｏｇｒｅｓｓｉｎｔｈｅｒｍａｌｅｆｆｅｃｔｏｆｈｉｇｈｐｏｗｅｒｆｉｂｅｒｌａｓｅｒｓ[Ｊ].ＬａｓｅｒＯｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎ.Ｐｒｏｇｒ.ꎬ２０１６ꎬ５３(８):０８０００２￣１￣１０.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ)[６]王郡婕ꎬ冯晓强ꎬ冯选旗ꎬ等.掺铥双包层光纤激光器的热效应分析和实验研究[Ｊ].激光杂志ꎬ２０１３ꎬ３４(１):４￣６.ＷＡＮＧＪＪꎬＦＥＮＧＸＱꎬＦＥＮＧＸＱꎬｅｔａｌ..ＴｈｅｒｍａｌｅｆｆｅｃｔａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈｆｏｒＴｍ３＋￣ｄｏｐｅｄｄｏｕｂｌｅ￣ｃｌａｄｆｉｂｅｒｌａ￣ｓｅｒ[Ｊ].ＬａｓｅｒＪ.ꎬ２０１３ꎬ３４(１):４￣６.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ)[７]ＷＡＮＧＹꎬＸＵＣＱꎬＰＯＨ.Ｔｈｅｒｍａｌｅｆｆｅｃｔｓｉｎｋｉｌｏｗａｔｔｆｉｂｅｒｌａｓｅｒｓ[Ｊ].ＩＥＥＥＰｈｏｔｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌ.Ｌｅｔｔ.ꎬ２００４ꎬ１６(１):６３￣６５.㊀[８]ＷＡＮＧＹ.Ｈｅａｔｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｉｎｋｉｌｏｗａｔｔｆｉｂｅｒｐｏｗｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ[Ｊ].ＩＥＥＥＪ.ＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎ.ꎬ２００４ꎬ４０(６):７３１￣７４０. [９]ＨＥＸＬꎬＬＩＡＯＬꎬＺＨＡＮＧＦＦꎬｅｔａｌ..Ａｎａｌｙｓｉｓｏｆｌａｓｅｒｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｔｈｅｒｍａｌｅｆｆｅｃｔｓｉｎｋｉｌｏｗａｔｔｆｉｂｅｒｌａｓｅｒｓｂａｓｅｄｏｎｄｉｓ￣ｔｒｉｂｕｔｅｄｓｉｄｅ￣ｃｏｕｐｌｅｄｆｉｂｅｒｓ[Ｊ].Ｏｐｔ.Ｅｎｇ.ꎬ２０１８ꎬ５７(９):０９６１０８￣１￣１２.[１０]楼祺洪ꎬ周军ꎬ漆云凤ꎬ等.千瓦级双包层光纤激光器冷却方案设计理论和实验研究[Ｊ].物理学报ꎬ２００８ꎬ５７(８):４９６６￣４９７１.ＬＯＵＱＨꎬＺＨＯＵＪꎬＱＩＹＦꎬｅｔａｌ..Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｃｏｏｌｉｎｇｓｃｈｅｍｅｄｅｓｉｇｎｏｆｋｉｌｏｗａｔｔｄｏｕｂｌｅ￣ｃｌａｄｆｉｂｅｒｌａｓｅｒ[Ｊ].ＡｃｔａＰｈｙｓ.Ｓｉｎｉｃａꎬ２００８ꎬ５７(８):４９６６￣４９７１.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ)[１１]薛冬ꎬ周军ꎬ楼祺洪ꎬ等.高功率双包层光纤激光器热效应及功率极限[Ｊ].强激光与粒子束ꎬ２００９ꎬ２１(７):１０１３￣１０１８.ＸＵＥＤꎬＺＨＯＵＪꎬＬＯＵＱＨꎬｅｔａｌ..Ｔｈｅｒｍａｌｅｆｆｅｃｔａｎｄｐｏｗｅｒｌｉｍｉｔｉｎｈｉｇｈｐｏｗｅｒｄｏｕｂｌｅ￣ｃｌａｄｆｉｂｅｒｌａｓｅｒ[Ｊ].ＨｉｇｈＰｏｗｅｒＬａｓｅｒＰａｒｔ.Ｂｅａｍｓꎬ２００９ꎬ２１(７):１０１３￣１０１８.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ)[１２]陈金宝ꎬ曹涧秋ꎬ潘志勇ꎬ等.全国产分布式侧面抽运光纤激光器实现千瓦输出[Ｊ].中国激光ꎬ２０１５ꎬ４２(２):０２１９００２.ＣＨＥＮＪꎬＣＡＯＪＱꎬＰＡＮＺＹꎬｅｔａｌ..Ｎａｔｉｏｎａｌｌｙｐｒｏｄｕｃｅｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｓｉｄｅｐｕｍｐｅｄｆｉｂｅｒｌａｓｅｒｓｔｏａｃｈｉｅｖｅｋｉｌｏｗａｔｔｏｕｔｐｕｔ[Ｊ].Ｃｈｉｎ.Ｊ.Ｌａｓｅｒｓꎬ２０１５ꎬ４２(２):０２１９００２.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ)[１３]陈爽ꎬ冯莹.高功率光子晶体光纤激光器温度分布研究[Ｊ].光子学报ꎬ２００８ꎬ３７(６):１１３４￣１１３８.ＣＨＥＮＳꎬＦＥＮＧＹ.Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｈｉｇｈｐｏｗｅｒｐｈｏｔｏｎｉｃｃｒｙｓｔａｌｆｉｂｅｒｌａｓｅｒ[Ｊ].ＡｃｔａＰｈｏｔｏｎ.Ｓｉｎｉｃａꎬ２００８ꎬ３７(６):１１３４￣１１３８.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ)[１４]代守军ꎬ何兵ꎬ周军ꎬ等.高功率散热技术及高功率光纤激光放大器[Ｊ].中国激光ꎬ２０１３ꎬ４０(５):１３￣１８.ＤＡＩＳＪꎬＨＥＢꎬＺＨＯＵＪꎬｅｔａｌ..Ｃｏｏｌｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｈｉｇｈ￣ｐｏｗｅｒａｎｄｈｉｇｈ￣ｐｏｗｅｒｆｉｂｅｒｌａｓｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒ[Ｊ].Ｃｈｉｎ.Ｊ.Ｌａ￣ｓｅｒｓꎬ２０１３ꎬ４０(５):１３￣１８.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ)[１５]ＴＡＮＧＹＬꎬＬＩＦꎬＸＵＪＱ.Ｈｉｇｈｐｅａｋ￣ｐｏｗｅｒｇａｉｎ￣ｓｗｉｔｃｈｅｄＴｍ３＋￣ｄｏｐｅｄｆｉｂｅｒｌａｓｅｒ[Ｊ].ＩＥＥＥＰｈｏｔｏｎｉｃｓＴｅｃｈｎｏｌ.Ｌｅｔｔ.ꎬ２０１１ꎬ２３(１３):８９３￣８９５.[１６]ＷＡＮＧＹꎬＹＡＮＧＪＬꎬＨＵＡＮＧＣＹꎬｅｔａｌ..Ｈｉｇｈｐｏｗｅｒｔａｎｄｅｍ￣ｐｕｍｐｅｄｔｈｕｌｉｕｍ￣ｄｏｐｅｄｆｉｂｅｒｌａｓｅｒ[Ｊ].Ｏｐｔ.Ｅｘｐｒｅｓｓꎬ２０１５ꎬ２３(３):２９９１￣２９９８.[１７]ＭＥＬＥＳＨＫＥＶＩＣＨＭꎬＰＬＡＴＯＮＯＶＮꎬＧＡＰＯＮＴＳＥＶＤꎬｅｔａｌ..４１５Ｗｓｉｎｇｌｅ￣ｍｏｄｅＣＷｔｈｕｌｉｕｍｆｉｂｅｒｌａｓｅｒｉｎａｌｌ￣ｆｉｂｅｒｆｏｒ￣ｍａｔ[Ｃ].Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆ２００７ＥｕｒｏｐｅａｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＬａｓｅｒｓａｎｄＥｌｅｃｔｒｏ￣ＯｐｔｉｃｓａｎｄＴｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＱｕａｎｔｕｍＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ８４８㊀发㊀㊀光㊀㊀学㊀㊀报第４１卷ＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅꎬＭｕｎｉｃｈꎬＧｅｒｍａｎｙꎬ２００７:１.[１８]ＣＲＥＥＤＥＮＤꎬＪＯＨＮＳＯＮＢＲꎬＲＩＮＥＳＧＡꎬｅｔａｌ..ＨｉｇｈｐｏｗｅｒｒｅｓｏｎａｎｔｐｕｍｐｉｎｇｏｆＴｍ￣ｄｏｐｅｄｆｉｂｅｒａｍｐｌｉｆｉｅｒｓｉｎｃｏｒｅ￣ａｎｄｃｌａｄｄｉｎｇ￣ｐｕｍｐｅｄｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎｓ[Ｊ].Ｏｐｔ.Ｅｘｐｒｅｓｓꎬ２０１４ꎬ２２(２３):２９０６７￣２９０８０.[１９]黎大军ꎬ杜戈果ꎬ闫培光.ＬＤ泵浦掺铥(Ｔｍ３＋)光纤激光器的数值分析[Ｊ].应用光学ꎬ２００７ꎬ２８(４):４３９￣４４４.ＬＩＤＪꎬＤＵＧＧꎬＹＡＮＰＧ.ＮｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｏｆＴｍ３＋￣ｄｏｐｅｄｓｉｌｉｃａｆｉｂｅｒｌａｓｅｒｓｐｕｍｐｅｄｂｙＬＤ[Ｊ].Ｊ.Ａｐｐｌ.Ｏｐｔ.ꎬ２００７ꎬ２８(４):４３９￣４４４.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ)[２０]ＪＡＣＫＳＯＮＳＤꎬＫＩＮＧＴＡ.ＴｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇｏｆＴｍ￣ｄｏｐｅｄｓｉｌｉｃａｆｉｂｅｒｌａｓｅｒｓ[Ｊ].Ｊ.ＬｉｇｈｔｗａｖｅＴｅｃｈｎｏｌ.ꎬ１９９９ꎬ１７(５):９４８￣９５６.[２１]欧攀ꎬ贾豫东ꎬ白明ꎬ等.高等光学仿真:ＭＡＴＬＡＢ版:光波导激光[Ｍ].第２版.北京:北京航空航天大学出版社ꎬ２０１４:７.ＯＵＰꎬＪＩＡＹＤꎬＢＡＩＭꎬｅｔａｌ..ＡｄｖａｎｃｅｄＯｐｔｉｃａｌＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ:ＭＡＴＬＡＢＶｅｒｓｉｏｎ:ＯｐｔｉｃａｌＷａｖｅｇｕｉｄｅＬａｓｅｒ[Ｍ].２ｎｄｅｄ.Ｂｅｉｊｉｎｇ:ＢｅｉｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓＰｒｅｓｓꎬ２０１４:７.(ｉｎＣｈｉｎｅｓｅ)张轲(１９９５－)ꎬ男ꎬ山西运城人ꎬ硕士研究生ꎬ２０１７年于中国石油大学(华东)获得学士学位ꎬ主要从事２μｍ波段光纤激光器方面的研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:１７１２０１６２＠ｂｊｔｕ.ｅｄｕ.ｃｎ冯亭(１９８６￣)ꎬ男ꎬ河北张家口人ꎬ博士ꎬ副教授ꎬ２０１４年于北京交通大学获得博士学位ꎬ主要从事光纤激光㊁光纤传感器及其应用等方面的研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｗｌｘｙｆｔ＠ｈｂｕ.ｅｄｕ.ｃｎ延凤平(１９６６－)ꎬ男ꎬ山西兴县人ꎬ博士ꎬ教授ꎬ１９９６年于北方交通大学获得博士学位ꎬ主要从事光纤激光器㊁光纤传感器㊁光纤通信㊁基于太赫兹超材料等方面的研究ꎮＥ￣ｍａｉｌ:ｆｐｙａｎ＠ｂｊｔｕ.ｅｄｕ.ｃｎ。

【science】11.5《High-Power Fiber Laser》高能光纤激光器

高能光纤激光器20 May 2011:Vol. 332no. 6032pp. 921-922DOI: 10.1126/science.1194863PerspectivePhysics转载请注明：由“西瓜嚼不烂”翻译~注１：黑色括号【】内为原文，表示没找到对于该专业词汇的准确翻译，括号前的名词多为根据原文编撰的词汇。

注２：原文见后。

【正文：】激光有着良好的相干性（空间相干），并且能够提供很高的脉冲峰值功率，故而在目前，激光的应用范围十分的广泛。

许多情况下，尤其是制造业，在切割、焊接、钻孔等方面，高度稳定的能量是必不可少的。

低功率光纤放大器是光纤网络的重要组成部分，同时它也可以发展成为工业用激光器的领跑者。

目前它的输出功率已经达到1kw，最近更是达到了惊人的10kw以上。

而这些成果都受到衍射受限光束的光束质量的限制，因为这一属性决定了光束是否能够有效地汇聚于一点。

连同强度和波长,它们一起决定了空间光的亮度和辐射率。

激光的高亮度并不取决于激光本身的能量大小，而取决于光纤激光器能够照射到目标上的能量密度。

大功率光纤激光器的成功背后有几个小秘密。

一个是包层泵浦【cladding-pumping】(4 - 6)，与传统的光学纤维(见图)相比，它使用更为复杂的光纤结构。

除了用通常的纳米数量级纤芯的光纤【few-micrometer-sized】来导光，这种双层包层的光纤还包括一个二级的同轴波导包围着纤芯。

大多数光纤激光器的光泵浦都采用半导体激光二极管，这种体积较大的二级同轴波导则在空间上容许更多的激光半导体二极管来作为泵浦，用以提供几千瓦的低成本、低亮度的光功率。

其后我们向纤芯中掺杂了镱【Ytterbium】，作为激光激活（放大）的掺杂剂。

镱是一种十分有效的激光放大离子，一方面是由于放大光的波长(1040nm——1100nm)与泵浦光的波长(910nm——980nm)十分接近(7、8)。

而两者不同之处则被称为“量子数亏损”，量子数亏损决定了激光器所产生的散热，为了降低发热，可以证明，波长为1020nm的泵浦光适用于10kW的激光器(3)。

080704高平均功率全固态激光器发展现

ＲＥＶＩＥＷ高平均功率全固态激光器发展现状、趋势及应用李晋闽（中国科学院半导体研究所全固态光源实验室，北京１０００８３）ＬｉＪｉｎｍｉｎ（ＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｌｌＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＬａｓｅｒＳｏｕｒｃｅ＆ＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓＢｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）摘要综述了目前获得高平均功率全固态激光（ＤＰＬ）输出的圆棒、板条、薄片和光纤激光器，以及热容激光和相干合成等主要方式的特点、发展历史及国内外最新进展，分析评述了高平均功率全固态激光器的发展趋势，并展望了其在工业和国防领域的应用前景。

关键词全固态激光；高平均功率；圆棒激光器；板条激光器；薄片激光器；光纤激光器ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ａｎｄｔｈｅｐｒｅｓｅｎｔｒｅｓｅａｒｃｈｓｔａｔｕｓｏｆｈｉｇｈａｖｅｒａｇｅｐｏｗｅｒｌａｓｅｒｄｉｏｄｅｐｕｍｐｅｄｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｌａｓｅｒｓ（ＤＰＬ）ｓｕｃｈａｓｒｏｄｌａｓｅｒ，ｓｌａｂｌａｓｅｒ，ｄｉｓｋｌａｓｅｒ，ｆｉｂｅｒｌａｓｅｒ，ｈｅａｔｃａｐａｃｉｔｙｌａｓｅｒｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄｌａｓｅｒｃｏｈｅｒｅｎｔｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｄｅｔａｉｌｓ．ＴｈｅｆｕｔｕｒｅｔｒｅｎｄｏｆｈｉｇｈａｖｅｒａｇｅｐｏｗｅｒＤＰＬｉｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｎｉｎｄｕｓｔｒｙａｎｄｎａｔｉｏｎａｌｄｅｆｅｎｓｅｏｆｈｉｇｈａｖｅｒａｇｅｐｏｗｅｒａｌｌｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｌａｓｅｒｓｉｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓａｌｌｓｏｌｉｄｓｔａｔｅｌａｓｅｒ；ｈｉｇｈａｖｅｒａｇｅｐｏｗｅｒ；ｒｏｄｌａｓｅｒ；ｓｌａｂｌａｓｅｒ；ｔｈｉｎｄｉｓｋｌａｓｅｒ；ｆｉｂｅｒｌａｓｅｒ中图分类号ＴＮ２４８ｌ引言激光的发明是二十世纪最伟大的成就之一。

高功率光纤激光器的研究进展 - index 清华大学网络资源

第37卷　第7期激光与红外Vol .37,No .7　2007年7月 LASER &　I N FRARE DJuly,2007 文章编号:100125078(2007)0720589204高功率光纤激光器的研究进展陈苗海(华北光电技术研究所,北京100015)摘　要:文章扼要地介绍国际上高功率光纤激光器的进展状况,重点介绍近几年国内外高功率光纤激光器与放大器的发展水平和动向。

关键词:光纤激光器;高功率光纤激光器;掺镱双包层光纤;大模面积;光子晶体光纤中图分类号:T N248.1 文献标识码:AResearch Progress of Hi gh 2power Fi ber LasersCHE N M iao 2hai(North China Research I nstitute of Electr o 2op tics,Beijing 100015,China )Abstract:The research p r ogress of high 2power fiber laser are su mmarized in brief,and the devel opment level and re 2cent trends of high 2power fiber laser within China and abr oad are intr oduced with e mphasis .Key words:fiber laser;high 2power fiber laser;Yb 2doped double -clad fiber;L MA;PCF1　概　况高功率光纤激光器与传统固体激光器相比具有转换效率高、光束质量好、散热方便等优势,是国际上激光技术研发领域的最大热点之一。

近几年来,随着单根光纤输出功率的不断提高,高功率光纤激光器的应用前景更为看好,并已在光通信、材料加工和处理、医学、印刷等领域得到迅速的应用,呈现出逐步替代现有传统高功率激光器的趋势。

高功率连续光纤激光器说明书

高功率连续光纤激光器说明书适用机型：RFL-C4000X RFL-C6000X RFL-C8000X RFL-C10000X RFL-C12000X RFL-C15000W武汉锐科光纤激光技术股份有限公司目录1安全信息 (1)1.1安全标识 (1)1.2激光安全等级 (2)1.3光学安全 (2)1.4电学安全 (2)1.5其他安全注意事项 (3)2产品说明 (3)2.1产品特性 (3)2.2实际配置清单 (4)2.3开箱及检查 (4)2.4运行环境 (4)2.5注意事项 (5)2.6产品性能 (6)3安装 (7)3.1安装尺寸图 (7)3.2安装注意事项 (12)3.3冷却系统要求 (14)4产品的使用 (16)4.1前面板 (16)4.2后面板 (17)4.3电源连接 (20)4.4控制接口定义 (23)4.5激光器工作模式及控制 (26)4.6控制模式的设置 (26)4.7串口通信模式 (27)4.7.1串口通信模式的连线 (27)4.7.2串口通信模式下的操作 (28)4.8RS-232模式 (30)4.8.1RS-232模式的连线 (31)4.8.2通信协议 (31)4.8.3RS-232模式下的操作 (31)4.9AD模式 (32)4.9.1AD模式的接线 (33)4.9.2AD模式下的操作 (33)4.10红光控制 (34)4.11水流量监控 (35)4.12实时功率反馈 (35)4.13出光故障锁定 (35)5常见故障及处理措施 (36)5.1故障记录及故障的发生 (36)5.2故障处理 (36)6质保及返修、退货流程 (38)6.1一般保修 (38)6.2保修的限定性 (38)6.3技术支持及产品维修 (39)1安全信息感谢您选择锐科光纤激光器，本用户手册为您提供了重要的安全、操作、维护及其它方面的信息。

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熔融拉锥技术在光纤耦合传输中的应用

熔融拉锥技术在光纤耦合传输中的应用彭博;张海涛;闫平;巩马理【摘要】为了实现光纤激光器和放大器系统中不同参量光纤的低损耦合,采用光纤拉锥方法来实现光纤连接.经过理论分析,在大数值孔径光纤传输到小数值孔径光纤时,采用光纤拉锥技术可以有效地提高传输功率.采用改造的大模光纤熔接机进行拉锥实验研究,精确控制拉锥时间、放电功率、步进量和步进速率可以获得不同的拉锥形状.采用光纤拉锥元件对标准单模光纤和大模场光纤进行耦合实验,得到纤芯内传输的耦合输出效率由之前的50%提高到85%,获得了低损连接效果.结果表明,熔融拉锥技术为不同光纤之间的耦合提供了一种简单实用的方式.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2009(033)005【总页数】3页(P470-472)【关键词】激光技术;光纤激光器;熔融拉锥技术;耦合效率【作者】彭博;张海涛;闫平;巩马理【作者单位】清华大学,精密仪器与机械学系,光子与电子技术研究中心,摩擦学国家重点实验室,北京,100084;清华大学,精密仪器与机械学系,光子与电子技术研究中心,摩擦学国家重点实验室,北京,100084;清华大学,精密仪器与机械学系,光子与电子技术研究中心,摩擦学国家重点实验室,北京,100084;清华大学,精密仪器与机械学系,光子与电子技术研究中心,摩擦学国家重点实验室,北京,100084【正文语种】中文【中图分类】TN248.1引言光纤激光器作为激光领域的新军，在过去10年发展迅猛，连续激光和脉冲激光输出功率都获得了巨大的提高[1-3]。

因此，其在加工、传感、雷达以及医学[4-7]等领域的应用日趋广泛。

全光纤化结构以其独具的简单结构、良好的机械稳定性和较高的传输效率成为近期研究的热点[8]。

但是，在腔内元件逐渐实现全光纤化后，增益光纤的独特设计就成为光纤激光器全光纤结构的瓶颈[9]。

由于增益光纤的尺寸与合束器或光纤光栅等元件存在差异，很难实现无损连接。

因此，目前很多光纤激光器或放大器利用拉锥技术来解决上述问题[10]。

High-power laser fiber system

专利名称：High-power laser fiber system发明人：Jean-Paul Pocholle,François-Xavier Doittau申请号：US12935084申请日：20090327公开号：US10014647B2公开日：20180703专利内容由知识产权出版社提供专利附图：摘要：The invention relates a power fiber laser system including at least one single-mode fiber laser, emitting at a signal wavelength, the fiber including at least one outer cladding and a core, in which the core of the fiber has a radially graded index. The fiber includes, at least over a part of its length, a geometrical section having a graded fiber-core radius that decreases between an input end of the section and an output end of the section, the core radius and the index variation between the cladding and the fiber at the input end being such that the normalized frequency at the signal wavelength is less than the normalized cutoff frequency at which the fiber becomes unimodal.申请人：Jean-Paul Pocholle,François-Xavier Doittau地址：La Norville FR,Behoust/Orgerus FR国籍：FR,FR代理机构：Baker & Hostetler LLP 更多信息请下载全文后查看。

【2017年整理】光纤激光器军事领域的应用

光纤军事领域的应用【摘要】通过大学物理实验光纤专题实验的学习和操作，对光纤有了初步了解。

为更加全面深入了解光纤的应用，我就光纤在军事方面的应用展开了解。

随着光纤的不断发展，在军事领域展现出越来越重要的应用前景。

主要介绍了光纤技术原理及优势，重点探讨了光纤技术在军事领域的应用。

【关键词】光纤；军事领域；应用【Key words】High—power；fiber laser；military field；pplication 1 引言由于光纤作为一种传输媒质，与传统的铜电缆相比具有一系列明显的优点，因此，自70年代以来，光纤技术不仅在电信等民用领域取得了飞速的发展，而且因其抗电磁干扰、保密性好、抗核辐射等能力，以及重量轻、尺寸小等优点，使它也得到了各发达国家政府和军方的重视与青睐。

在美国，三军光纤技术开发活动的计划项目分成五大部分：有源和无源光元件、传感器、辐射效应、点对点系统和网络系统。

由三军光纤协调委员会进行组织，每年投资为5千万美元。

在面向21世纪的今天，美国国防部已把“光子学、光电子学”和“点对点通信” 列为2010年十大国防技术中的两项。

其中光纤技术占据着举足轻重的地位。

这预示着美国等西方国家对光纤技术军事应用的研究将全面展开并加速进行。

而各项先期应用及演示、验证表明。

21世纪的军事通信和武器装备离开了光纤技术将无“现代化”或“先进”可言，在未来战争中将处于被动挨打的局面。

2 大功率光纤激光器所谓光纤激光器就是利用稀土掺杂光纤作为增益介质的激光器。

大功率光纤激光器由于广泛采用了包层泵浦技术，无论在光束质量、工作效率、结构体积和系统维护等方面，与同等功率水平的传统激光器相比，均占有明显的优势。

一是光转换效率高。

光纤激光器独特的波导式结构设计，减少了不必要的能量损失，因而有潜力达到最高效率。

目前光纤激光器的效率是60％一80％，而其他激光器报导的最大效率只有50％左右。

二是输出高功率及输出稳定性好。

光纤激光器高阶模式对相干合成特性影响分析

光纤激光器高阶模式对相干合成特性影响分析冯光;曹祥杰;尚卫东;黄伟;郭占斌【摘要】为了分析光纤激光器中高阶模式对相干合成的影响,采用将光纤激光器的基模以及高阶模式近似表示为拉盖尔-高斯光束的线性叠加的方法,利用拉盖尔-高斯光束的传输特性,得到了当光纤激光器的输出光束包含高阶模式时,激光器阵列相干合成的远场光强分布模型.同时以光纤激光器中输出混合模式为LP01和LP11以及输出混合模式为LP01和LP02两种情况为例,分析了存在高阶模式的远场相干条纹的峰值功率和条纹对比度.结果表明,当光纤激光器中高阶模式为LP11模时,远场相干条纹的峰值能量随着LP11模的增加线性下降;当光纤激光器中高阶模式为LP02模时,远场相干条纹的条纹对比度随着LP02模的增加线性下降.【期刊名称】《激光技术》【年(卷),期】2009(033)005【总页数】4页(P555-557,560)【关键词】激光器;光纤激光器;相干合成;拉盖尔-高斯光束;高阶模【作者】冯光;曹祥杰;尚卫东;黄伟;郭占斌【作者单位】中国电子科技集团公司,第27研究所,郑州,450015;中国电子科技集团公司,第27研究所,郑州,450015;中国电子科技集团公司,第27研究所,郑州,450015;中国电子科技集团公司,第27研究所,郑州,450015;中国电子科技集团公司,第27研究所,郑州,450015【正文语种】中文【中图分类】TN248.1引言光纤激光器有着能量转换效率高、高稳定性、光束质量好等优点，已经广泛应用于光纤通讯、激光加工等方面。

目前，光纤激光器的输出功率已经达到2kW量级，但是，进一步增加光纤激光器的输出功率受到了非线性效应以及热效应的限制，获得更大功率的光纤激光的一种方法就是相干合成[1-2]。

对于光纤激光器相干合成，其光纤阵列之间的相位、谱宽等对相干合成效果的影响已经有很深入的分析[3]，这些分析通常都是基于光纤输出为基模的条件。

岩石的大功率激光射孔研究

岩石的大功率激光射孔研究蒋涛;白杨;解慧明;陆宝乐;张云博;白晋涛【摘要】数值分析了激光照射岩石后岩石表面的温度场分布,在不同的岩石种类、岩石尺寸、激光功率、照射时间等因素下开展了对岩石的近红外大功率激光射孔实验研究.实验结果表明不同类型岩石由于其组成成分不同,而造成射孔效果存在差异;当边界效应消除时,岩石尺寸对射孔效率基本没有影响.对于同一类岩石,射孔过程中存在特定的激光功率使岩石射孔效率达到最高.激光射孔效率随着照射时间的增加而减小,岩石所处环境会影响激光射孔效率.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2015(045)010【总页数】6页(P1200-1205)【关键词】激光射孔;温度分布;比能;影响因素【作者】蒋涛;白杨;解慧明;陆宝乐;张云博;白晋涛【作者单位】西北大学光子学与光子技术研究所,陕西省光电技术与功能材料省部共建国家重点实验室培育基地,国家级光电技术和功能材料及应用国际科技合作基地,陕西西安710069;西北大学物理学院,陕西西安710069;西北大学光子学与光子技术研究所,陕西省光电技术与功能材料省部共建国家重点实验室培育基地,国家级光电技术和功能材料及应用国际科技合作基地,陕西西安710069;西安市教育科学研究所,陕西西安710002;西北大学光子学与光子技术研究所,陕西省光电技术与功能材料省部共建国家重点实验室培育基地,国家级光电技术和功能材料及应用国际科技合作基地,陕西西安710069;西北大学物理学院,陕西西安710069;西北大学光子学与光子技术研究所,陕西省光电技术与功能材料省部共建国家重点实验室培育基地,国家级光电技术和功能材料及应用国际科技合作基地,陕西西安710069;西北大学光子学与光子技术研究所,陕西省光电技术与功能材料省部共建国家重点实验室培育基地,国家级光电技术和功能材料及应用国际科技合作基地,陕西西安710069;西北大学物理学院,陕西西安710069【正文语种】中文【中图分类】TN248.11 引言射孔作业是油气井勘探与开发中的关键技术之一［1－2］，直接影响着油气井的产能。

熔融侧面泵浦耦合器光纤夹角对耦合效率的影响

熔融侧面泵浦耦合器光纤夹角对耦合效率的影响谭祺瑞;葛廷武;王智勇【摘要】Pump coupler is the key passive optical device of the high‐power fiber laser .Its pro‐ducing process is the side‐fusing of the pump fiber and the main fiber .This producing process can keep the insertion loss of the main fiber low ,but the angle betw een the pump fiber and the main fiber has a great influence on the coupling efficiency .In order to solve this problem ,the theoretical model was established according to the structural characteristics of the fused side‐p ump coupler .The equations of the power and the fiber angle were derived .The simulation re‐sults were obtained and were demonstrated by the experiments .The conclusions are as fol‐lows :the pump coupling efficiency gradually increases with the decreaseof the fiber angle be‐tw een the pump fiber and the main fiber ,but the critical fiber angle exists .When the numeri‐cal aperture (NA) of the pump fiber is smaller ,the couple efficiency and the critical angle are larger .T he critical fiber angle is 9 .7 ° and the maximum coupling efficiency is 96 .9%w hen the pump fiber NA is 0 .22 .The critical fiber angle is 11 .5 ° and the maximum coupling efficiency is 97 .8% when the pump fiber NA is0 .15 .The conclusions are instructive for the designs and the productionsof the high‐power fiber coupler .%泵浦耦合器是高功率光纤激光器的关键无源光器件，其制作工艺是采用泵浦光纤和主光纤侧面熔融的方法，该方法可以保持主光纤中信号光的低插入损耗，但泵浦光纤和主光纤之间的夹角对耦合效率影响较大。

激光体光栅光谱合成的串扰分析

激光体光栅光谱合成的串扰分析
白慧君;汪岳峰;王军阵;雷呈强
【摘要】体光栅光谱合成技术是获得高功率激光输出的一种有效途径,体光栅衍射旁瓣引起的串扰是影响合成效率的重要因素.基于Kogelnik的耦合波理论,分析了体光栅光谱合成系统的模型,对体光栅旁瓣引起的串扰损耗进行了计算仿真；推导并简化了有串扰情况下的多路激光光谱合成效率公式.数值分析结果表明:体光栅的串扰损耗主要来源于一级至四级旁瓣,随着相邻光束的波长间距的增大,体光栅对光束的串扰损耗逐渐降低.简化后的合成效率公式计算得到的结果与简化前的公式所得结果相差小于0.5％.%Spectral beam combining with volume Bragg grating is an effective approach to obtain high-power laser output. The cross-talk by the side-lobe of the volume Bragg grating is the main factor impacting the combining efficiency of spectral beam combining. A model of spectral combining system of multi-channels laser beams with volume Bragg grating ( VBG) is established, based on the Kogelnik theory of coupled waves. The cross-talk by the side-lobe of the VBG is simulated. By considering the cross-talk, the function of multi-channels laser combining efficiency is built and predigested. Numerical results show that the cross-talk of the VBG is mainly resulted from the first, second, third and forth order side-lobe. As the wavelength separation of the beam closed is raised, the cross-talk of the transmission reduces. The results between the predigested combining efficiency function and the original function are less than 0.5%, which meet the requirement.