高功率光纤激光器具有电光效率高、光束质量好、结构紧凑、可柔性操作等特点，已经在多个领域得到广泛应用。同带泵浦具有泵浦亮度高、热管理方便等优势，是实现高功率高光束质量光纤激光器的有效途径。2010年，IPG公司利用同带泵浦技术实现了10 kW单模光纤激光输出，并于2012年进一步将功率提升至20 kW。自此同带泵浦成为国内外高功率光纤激光领域的研究热点。

2017年，国防科技大学课题组采用1 018 nm激光器对纤芯直径为30 μm的双包层掺镱光纤进行同带泵浦，实现了3.51 kW的激光放大器输出，斜率效率87.5%，最高功率时，光束质量因子（M²）为1.98，在输出光谱中观察到了受激拉曼散射(SRS)成分。2018年，该课题组将同带泵浦应用到窄线宽激光放大器中，实现了3.94 kW高功率窄线宽输出，斜率效率78%，最高输出功率时M²＝1.86，SRS抑制比~22 dB。同时，实验证明了同带泵浦对模式不稳定（TMI）具有良好的抑制效果。2018年，清华大学团队利用同带泵浦技术，将75 W的1 080 nm种子激光放大至5 448 W，光光转换效率为91.3%，M²=2.2。2019年，国防科技大学课题组在同带泵浦放大器中引入啁啾倾斜光栅抑制SRS，实现了4.2 kW高功率输出，斜率效率79%，光束质量M²＝1.8，在输出功率4 kW时SRS抑制比约29 dB。2021年，清华大学报道了使用带通滤波器抑制SRS效应的1018 nm同带泵浦随机光纤激光器，实现了5.1 kW高功率输出，光光转换效率89.0%，最高功率下M²=2.62，拉曼抑制比27 dB。以上报道的研究成果均采用纤芯直径为30 μm双包层掺镱光纤作为放大器增益光纤，在泵浦功率充足时，SRS是限制激光器功率提升的主要因素。

由于镱离子在同带泵浦典型波长1018 nm的吸收截面比其在976 nm吸收截面低约1个量级，为保证充足的泵浦吸收，在使用同带泵浦方案时往往选用纤芯尺寸较大、长度较长的掺镱光纤，光纤中的非线性效应（主要为SRS，由较长的光纤长度引起）和TMI（由较大的纤芯尺寸引起）是限制常规宽谱激光器功率提升的主要因素。同时，已有研究发现TMI和SRS存在相互作用。因而，同时抑制SRS和TMI是实现更高输出功率的关键。

采用双向泵浦是同时抑制SRS和TMI的有效方案。尽管在半导体激光（LD）泵浦的光纤激光系统中，双向泵浦结构已经得到了大量运用，但在同带泵浦激光系统中，双向同带泵浦的验证仍未见相关报道。

近期，国防科技大学课题组首次将双向泵浦方案应用到同带泵浦放大器，基于30 μm纤芯尺寸的常规双包层掺镱光纤实现了6.22 kW的高功率输出，斜率效率78.3%，最高功率下拉曼抑制比为~22 dB，M²＝1.53。

系统结构如图1所示，种子激光为1080 nm百瓦级单模光纤激光器，信号光经前向合束器进入放大器。泵浦源为四台2 kW级的1018 nm光纤激光器，泵浦光分别通过前向合束器和后向合束器注入掺镱光纤，放大后的信号光经过后向合束器、包层光滤除器后从激光输出头输出。

图  1  双向同带泵浦光纤放大器实验装置图

Figure 1.  Experimental setup of the fiber amplifier based on a bidirectional tandem pumping

放大器功率曲线如图2(a)所示，输出功率随注入的1018 nm泵浦功率线性增加，在1080 nm种子功率70 W，泵浦功率7885 W时，输出功率达到了6220 W，斜率效率78.3%。图2(b)为不同功率下的光谱图，放大器输出功率接近6 kW时开始出现拉曼光迹象，最高功率下拉曼抑制比为~22 dB。图3(a)中的时序及频谱分析表明系统未出现TMI现象。在最高输出功率为6.22 kW时，光束质量M²=1.53，如图3(b)所示。

图  2  (a) 输出功率随泵浦功率变化曲线； (b) 不同功率下的输出光谱

Figure 2.  (a) Output power as a function of pump power; (b) Output spectra under different powers

图  3  (a) 最高功率6.22 kW时放大器的时序和频谱； (b) 最高功率6.22 kW时的光束质量

Figure 3.  (a) Temporal PD traces and corresponding frequency components at maximum power 6.22 kW; (b) Beam quality at maximum power 6.22 kW

目前，制约放大器功率提升的主要因素是SRS效应，通过优化后向合束器提高可注入的后向泵浦功率、选用高吸收系数掺镱光纤、缩短光纤长度等方式，输出功率有望进一步提升。

该工作首次报道了双向同带泵浦的高功率光纤激光，为获得更高功率更高光束质量的光纤激光器提供了技术支撑。

致 谢 感谢陈子伦老师、任帅老师，肖亮、宋家鑫等在实验过程中的支持和帮助。