国产有源光纤成功实现6 kW激光输出

光纤激光是继气体激光、化学激光和固体激光之后的新一代激光技术，是近年来世界各国科学研究的热点领域。制约光纤激光功率提升的主要技术瓶颈是系统集成技术和光纤材料制备技术。目前，我国科研工作者成功掌握了千瓦级光纤激光系统集成技术并实现了产业化，但是所用的光纤激光材料与核心器件还严重依赖进口。相较于比较成熟的系统集成技术，我国光纤激光材料的科学研究和产业化进程相对滞后，尚无法提供成熟稳定的有源光纤产品。 2016年6月，中国工程物理研究院激光聚变研究中心的研究人员经过近三年科研攻关，成功研发了30/900规格（纤芯30 m/包层900 m）镱掺杂铝磷硅（Yb-APS）三元体系激光光纤并实现了6.03 kW最高功率输出，在5 kW功率水平下可长期稳定工作。光纤激光材料综合测试平台采用了传统的1+1型MOPA放大结构（即信号种子源与一级主放）：信号光种子源的功率为40 W，光束质量M2=1.1；第二级MOPA放大级使用的976 nm LD泵浦光总功率9.95 kW，经过CPS功率剥离器激光净化处理后，最终安全地实现了6.03 kW最大功率输出。如图1所示，最高输出功率时斜率效率为61.25%，源于1∶30的芯包比和20 m以上的光纤使用长度；激光输出光谱中心波长1080 nm，3 dB带宽为1.89 nm，受激拉曼抑制比＞15 dB；5 kW稳定工作时，光束质量M2=2.38，未发现光子暗化效应。中物院激光聚变研究中心所研制的镱掺杂铝磷硅三元体系有源光纤(30/900 Yb-APS fiber)成功实现了6.03 kW激光输出，是我国高功率光纤激光材料研究领域的重要进步，为制备低损耗、高掺杂、高吸收、高增益、无光子暗化效应的商业激光光纤产品奠定了坚实的技术基础。