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超強激光科學卓越創新簡報

(第一百六十一期)

2021年1月29日

上海光機所在高功率激光光纖傳能研究中取得進展

  近日,中國科學院上海光學精密機械研究所高功率激光單元技術實驗室,在基于微結構空芯光纖的高功率激光傳能研究中取得新進展。研究團隊利用自研低損反諧振空芯光纖,成功實現了3米長度以上1微米波長300W連續光激光的單模柔性傳輸,相關研究成果發表于近期《光學快訊》(Optics Express)。

  傳統光纖由石英材料制成,在長距離大功率激光傳能應用中,其較強的光學非線性效應引發的波長轉換與激光損傷,從根本上限制了石英光纖的激光傳輸能力。近些年發展的大芯徑空芯光纖將能量束縛于中空的纖芯中,為激光能量提供了一個類似自由空間傳輸的環境,使空芯光纖在激光傳輸過程中具有極高的損傷閾值,極低的非線性和較低的色散,在大功率和超快激光傳輸應用中具有巨大的潛力。

  在本工作中,研究人員采用4-f透鏡系統,將1080 nm連續光工業光纖激光器輸出光束經縮放后耦合入低損空芯反諧振光纖,從實驗和理論兩方面系統探索和討論了低損空芯反諧振光纖近紅外大功率激光傳能中的表現。上海光機所自制的反諧振空芯光纖在1080 nm波長具有單模傳輸特性,傳輸損耗約0.05dB/m。在375 W入射功率條件下,反諧振空芯光纖耦合效率可達80%以上,實驗中完成了1小時無損、穩定的單模柔性傳輸;在300W以下入射功率條件下,反諧振空芯光纖可實現10小時以上激光功率穩定傳輸,無任何激光損傷。實驗證明,反諧振空芯光纖輸出的激光光束質量一般優于激光光源光束質量。本研究為進一步發展基于空芯光纖的千瓦級高功率激光傳能打下了扎實的研究基礎。

  本研究得到了國家自然科學基金、中國科學院前沿科學重點研究項目、上海大學光纖與先進通信國際合作聯合實驗室的支持。(高功率激光單元技術實驗室供稿)

  

圖1 反諧振空芯光纖傳輸損耗測量圖(插圖為反諧振空芯光纖電鏡圖)

圖2 基于空芯光纖的高功率能量傳輸實驗裝置圖

圖3 基于空芯光纖的高功率能量傳輸的輸出功率與耦合效率隨輸入功率變化圖

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