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王 鹏，奚小明，张汉伟，杨保来，史 尘，肖 虎，陈子伦，
潘志勇，王小林，王泽锋，周 朴，许晓军，陈金宝
（国防科技大学 前沿交叉学科学院，南湖之光实验室，高能激光技术湖南省重点实验室，长沙 410073）
光纤耦合半导体激光器（LD）直接泵浦的光纤激光器具有高效率、低成本、小体积等优点，在工业加工、光电对抗、精密切割等诸多领域得到了广泛的应用。国内公开报道的输出功率大于10 kW的LD泵浦光纤激光器主要有两种实现方式：一种是采用低功率激光器进行功率合束，另一种采用三包层光纤或大尺寸双包层光纤放大器实现，二者输出激光的光束质量M2一般都大于3。由于受到非线性效应尤其是受激拉曼散射（SRS）效应和热致模式不稳定（TMI）效应的限制，LD泵浦光纤激光器的功率和光束质量提升存在较大困难。
近期，国防科技大学前沿交叉学科学院开展了LD直接泵浦的高功率光纤激光放大器的实验验证，在模场面积约为600 μm2的光纤中，实现了功率约为13 kW、光束质量M2约为2.85的激光输出。实验采用主振荡功率放大（MOPA）结构，如图1所示，利用一个功率为100 W、中心波长为1080 nm的光纤激光器作为放大器的种子。种子激光经过模场适配器（MFA）及包层光滤除（CLS1）后进入放大器中。放大器采用纯后向泵浦方式，将中心波长约为981 nm、总功率15 kW的泵浦光通过后向泵浦信号合束器（PSC）注入到大模场双包层掺镱光纤（YDF）中，YDF的有效模场面积约为600 μm2。放大器输出激光经过包层光滤除器（CLS2）后，由光纤端帽（QBH）扩束输出。
图1 LD泵浦的13kW光纤激光放大器结构示意图
实验中，在总泵浦功率为15 kW时，放大器输出功率为12.94 kW，光光效率为86.3%，如图2（a）所示。在最高输出功率时，3 dB光谱宽度约为5 nm，光谱中没有明显的SRS现象，如图2（b）所示。测试13 kW时激光器光束质量M2为2.85，测试结果和典型光斑如图2（c）所示。通过优化器件性能、增加泵浦功率、优化光纤模式控制，有望在提高激光器光束质量的同时进一步提升激光器的输出功率，实现输出功率大于15 kW、光束质量M2<2.5的高光束质量光纤激光输出。
图2 LD泵浦13 kW光纤激光器实验结果
该课题得到了国家自然科学基金项目(61905282, 62005315)的支持。
