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8 kW级光纤激光优质高效相干合成(简讯)

马鹏飞 马阎星 粟荣涛 吴坚 李灿 常洪祥 常琦 漆云凤 周朴 周军 司磊 许晓军 陈金宝 赵伊君

马鹏飞, 马阎星, 粟荣涛, 吴坚, 李灿, 常洪祥, 常琦, 漆云凤, 周朴, 周军, 司磊, 许晓军, 陈金宝, 赵伊君. 8 kW级光纤激光优质高效相干合成(简讯)[J]. 红外与激光工程, 2020, 49(5): 20190577. doi: 10.3788/IRLA20190577
引用本文: 马鹏飞, 马阎星, 粟荣涛, 吴坚, 李灿, 常洪祥, 常琦, 漆云凤, 周朴, 周军, 司磊, 许晓军, 陈金宝, 赵伊君. 8 kW级光纤激光优质高效相干合成(简讯)[J]. 红外与激光工程, 2020, 49(5): 20190577. doi: 10.3788/IRLA20190577

8 kW级光纤激光优质高效相干合成(简讯)

doi: 10.3788/IRLA20190577
详细信息
    作者简介:

    马鹏飞(1987-),男,副研究员,博士,方向为:主要从事光纤激光与光束合成领域的研究。Email: shandapengfei@126.com

    通讯作者: 周朴(1984-),男,研究员,博士生导师,方向为:主要从事光纤激光与光束合成领域的研究。Email: zhoupu203@163.com
图(1)
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-12-23
  • 修回日期:  2020-02-27
  • 网络出版日期:  2020-04-07
  • 刊出日期:  2020-05-27

8 kW级光纤激光优质高效相干合成(简讯)

doi: 10.3788/IRLA20190577
    作者简介:

    马鹏飞(1987-),男,副研究员,博士,方向为:主要从事光纤激光与光束合成领域的研究。Email: shandapengfei@126.com

    通讯作者: 周朴(1984-),男,研究员,博士生导师,方向为:主要从事光纤激光与光束合成领域的研究。Email: zhoupu203@163.com

English Abstract

  • 得益于光电转换效率高、光束质量好、热管理方便、维护便捷等优势,高亮度光纤激光在科学前沿、工业加工、材料处理等领域具有强烈的应用需求。与单链路光纤激光相比,相干合成能够有效分散非线性效应、光纤端面损伤、热致模式不稳定等受限因素,是突破单链路光纤激光亮度提升瓶颈的有效技术途径之一,也是国内外的前沿研究热点和难点。

    2016年底,笔者所在课题组通过受激布里渊散射和模式不稳定效应的综合抑制,在国际上率先实现了2.43 kW的窄线宽、近单模、线偏振光纤激光输出,为高功率相干合成系统的构建奠定了单元光束基础。2019年初,课题组针对相位同步和高效拼接技术挑战,研制出了百路级高性能相位控制模块和高占空比光束拼接装置,基于随机并行梯度优化算法实现了60路大阵元光纤激光的高品质相干合成,为相干合成技术方案向大阵元拓展奠定了基础。

    最近,课题组研制了适用于大功率可靠运行的7路高占空比合束装置,采用7路1.2 kW级窄线宽、线偏振、近单模光纤放大器作为合束单元,基于相位控制系统优化、倾斜抖动控制、离焦像差补偿、高精度梯变式光程控制模块设计,成功实现了8 kW级高占空比相干合成系统。在该合成系统中,窄线宽光纤激光种子依次经过1分8分束模块、相位控制阵列、光程控制阵列后注入到1.2 kW级窄线宽光纤放大器阵列。经过放大输出的激光导入到自主设计的7路高占空比(结构占空比~95%)合束装置。经合束装置准直发射的光束首先经过高反镜,~99.99%的反射光束被功率计接收,~0.01%的透射光束经过衰减、缩束、分光、聚焦后分别注入到红外相机和光电探测器。红外相机用于探测相位、光程等控制系统在开闭环状态下的远场光斑分布状态,光电探测器将光信号转化为电信号,进而伺服给控制系统,实现整个系统的闭环控制。图(a)(b)分别给出了控制系统在开环和闭环下的远场光斑长曝光分布结果。对比图(a)(b)结果可得,系统在闭环情况下,参与合成各路光纤激光的波前误差得到了高效的补偿和匹配,远场中央主瓣内的能量得到了显著提升。经计算,在系统闭环状态下,远场长曝光光斑分布图样的条纹对比度约为~86%。在总注入功率达~8 kW时,合成输出的功率为~7.1 kW,整个系统的合成效率为~88.8%。此功率水平代表了当前国际上公开报道的相干合成系统的最高输出功率。

    感谢全昭、叶韧、喻湘荣、杨旭、刘金伟等在系统搭建中提供的支持和帮助,以及国家自然科学基金(61705264、61705265);湖南省创新研究群体基金(2019JJ10005);湖南创新型省份建设专项(2019RS3017)的支持。

    图  1  ~8 kW级高占空比相干合成系统开环(a)和闭环(b)下的远场光斑曝光图样

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