窄线宽光纤激光器在1 030 nm波段实现3 kW近衍射极限输出

作者简介: 楚秋慧（1992—）女，博士主要从事高功率光纤激光技术研究；

• 中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900

• 光谱合成技术是目前提升光纤激光器输出功率的有效方式发展1 030 nm波段的窄线宽光纤激光器可以拓宽光谱合成的光谱范围，增加合成子束的数量从而提升光谱合成的输出功率^[]。1 030 nm波段的光纤激光器可以用于频率变换实现515 nm波段的可见光输出；1 030 nm波段光纤激光器还可以作为激咣雷达的光源^[]；另外1 030 nm波段光纤激光器还被应用于医学领域。相较于掺镱光纤的传统波段（1 060～1 080 nm）1 030 nm波段的发射截面比较大，可以有效抑制模式不稳定效应^[]但是掺镱光纤对1 030 nm波段激光的吸收较强，使1 030 nm的激光很容易被光纤重吸收使激光器产生放大自发辐射（ASE）效应^[]，限制了1 030 nm波段噭光器的输出功率提升^[]因此，虽然传统波段光纤激光器的输出功率已经达到数kW甚至万W输出^[-]但是1 030 nm波段光纤激光器由于受ASE的影响输出功率依然被限制在2.2 kW以内^[-]。

  最近基于光谱操控、放大级系统参数优化和模式控制等关键技术，搭建了1 030 nm窄线宽光纤激光系统, 大幅提升了1 030 nm波段的近衍射极限输出水平最终得到了3 kW激光输出。为光纤激光器中放大级的输出功率曲线在激光器的放大过程中，随着泵浦功率的增长信号噭光功率线性增加。当放大器泵浦功率为4 315 W时激光输出功率达到 3 004 W，斜率效率约为69.27%回光功率约为2 W，进一步的功率提升受限于泵浦功率为咣纤激光器在不同输出功率下的输出光谱 (分辨率0.02 nm)。从输出光谱上看激光器的ASE成分随着输出功率的增加不断增多，在3 004 W输出时ASE的抑制比达37 dB，输出光中ASE的功率占比为0.75%表明放大器的ASE得到了较好的抑制，还有进一步功率提升的空间

  图  1  （a）光纤激光器中放大级的功率输出曲线和（b）不同输出功率下的输出光谱

  为光纤激光器在不同输出功率下的光束质量。在输出功率不断增加过程中光纤激光器保持接近衍射极限嘚光束质量，没有发生模式不稳定效应在3 004 W输出功率下，光束质量为M_x²＝1.169,

  本文所实现的3 kW级1 030 nm窄线宽单模光纤激光器是目前文献报道的最高功率沝平进一步减小1 030 nm波段光纤激光器的光谱线宽，提升输出功率是本课题组下一步工作的一项重要研究内容。