高功率光纤激光器光光转换效率提升技术研究

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高功率光纤激光器发展迅速,在工业、军事等众多领域得到广泛运用,提升光光转换效率对激光器的发展意义重大,但针对这一问题的研究和探讨相对稀少。本文从光纤熔接质量,反向泵浦信号合束器信号光传输效率和谐振腔参数优化三个方面研究了振荡器系统的光光转换效率提升方法。结合光纤的模式传输理论以及光纤模式能量分布理论,优化了双包层光少模光纤的熔接损耗模型。针对光纤熔接中的轴向偏差和光纤芯径差异,开展了双包层光纤纤芯(少模)熔接实验。结果表明,采用优化的模型能较好评估少模光纤熔接中的熔接损耗。针对反向合束器信号光传输损耗大的问题,建立了合束器内信号纤芯径失配与熔接损耗关系的模型,通过合理选择合束器信号纤参数,实现反向合束器信号光传输效率的优化,据此制作了一款反向(6+1)×1合束器,信号光传输效率优于98%,用于MOPA放大器反向抽运结构实现3kW稳定输出。根据谐振腔速率方程和边界条件,构建了泵浦波长、增益光纤长度、抽运方式和输出功率对激光器光光转换效率影响的仿真模型通过优化上述参数,分别搭建了输出功率为600W和1500W的激光器系统。600W激光器采用976nm单端泵浦方式,光光转化效率达到81.5%,实现了信号光的高效率输出。1500W激光器采用915nm双端泵浦方式,光光转化效率达到73%,采用该方式能够在较低的泵源成本下实现较高功率的稳定输出。
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