单晶光纤在超短脉冲激光器中放大功率-激光世界.PDFVIP

Technologies Center 技术中心 光纤激光器 单晶光纤在超短脉冲激光器中放大功率 传统的块体MOPA放大有许多不足，目前正通过下一代高功率超 短脉冲光纤激光器的单晶光纤技术来解决这些问题。 文/Daniel Guillot，Julien Didierjean，Patrick Beaure Daugeres; Fibercryst公司 激光微加工应用中，短脉 的一部分。尽管存在缺点，但是薄片 些扰动导致LMA 光纤在高功率下还 在冲提供精确的高平均功率， 放大器可以产生非常高的千瓦级输出 支持高阶模式，这使得光束质量劣 能够实现更高的处理速度， 功率，并且是最终放大级的理想选择。 化，并最终使输出光束在毫秒级上波 而高能量则提高了加工吞吐量。短脉 虽然由于其高增益，可以在板条 动（横模不稳定性）。在工业激光系 冲可以容易地实现，但是在能量或平 放大器中实现高达千瓦级的极高平均 统中，棒状光纤的峰值功率通常限制 均功率方面的提升更具挑战性。例如， 功率，但所使用的之字形光路会引入 在 1MW 左右，以避免非线性效应。 光纤内的非线性效应限制了放大期间 椭圆度并降低光束质量。 在飞秒光纤激光器中，啁啾脉冲 的峰值功率。 除了用于产生短脉冲的块体替代 放大（CPA ）减缓了这一局限性，并 在短脉冲或超短脉冲（USP ）激 方案之外，基于光纤的放大器通常使 能实现基于400μm 纤芯柔性PCF 光 光器中实现更高功率的公认解决方 用大模场面积光纤（LMA ）或大模场 纤的高功率系统。然而，峰值功率限 案，是通过主振荡器功率放大器 面积光子晶体光纤（PCF LMA ），而 制迫使采用相应的压缩器实现大的展 （MOPA ）架构，使用各种技术和材 棒状PCF 可实现更高的峰值功率。 宽比，这又增加了成本和系统尺寸。 料来影响放大。下一代USP 激光器 市售光纤的最大芯径为85 m ，传 μ 依赖于新颖的基于光纤的架构，以克 播模式为650 m ，即使掺杂水平较高， 单晶光纤 μ 服传统块体和光纤放大器的不足。 长度也约为1m。超大纤芯和极低数值 单晶光纤（SCF ）通常为单晶钇 孔径的光纤设计，输出衍射极限光束， 铝石榴石（YAG ），长度大，直径小， 放大比较 但会导致系统体积较大，灵活性降低。 导光性能好。 由于在增益介质内部产生强烈畸变 引导泵浦和引导激光模式之间的 激光加热基座生长（LHPG ） 的热透镜效应，块体晶体放大器受到光 重叠，产生良好的光学效率。可以实 技术可以生产小直径光纤（约 束退化的影响。由于这个基本限制，高 现平均功率高达200W、光束质量良 1000 m ），并且通过不断改进，目标 μ 功率放大器的几何形状已经发展演进， 好的输出；尽管在更高功率下，热 是实现与用于高平均功率激光系统的 以改善这些材料内部的热管理。 光效应可以显著影响波导机制。这 经典光纤类似的纤芯/ 包层结构。然 由于增益介质的厚度较薄 Laser beam in free propagation 而，这种结构的制造是尚未实现的艰 （约100 m ），薄碟片单程的增 难挑战，特别是在需要维持线偏振的 μ 益有限。因此，只能通过多程 情况下。尽管与传统光纤相比，相互 或再生技术实现有效放大。 Guided pump beam 作用长度减小，但是在任何情况下， 多程放大器使用精细的光 所得到的结构在高峰值功率脉冲方面 路