高功率單模光纖激光器最新進(jìn)展分析

　　在上述光纖放大器測試期間，使用光電二極管分析的一小部分功率來確定 TMI 閾值。功率波動的發(fā)生相當(dāng)突然和顯著(見圖 5)。雖然在使用光纖 1 的測試中，這種信號變化是顯著的，但對于光纖 2 的功率水平達(dá)到4.3kW 都無法探測到這種情況。相應(yīng)的斜率如圖 5a 所示。

　　光譜和時間測量可以用常規(guī)技術(shù)來執(zhí)行。它們允許探測諸如 SBS 發(fā)生(與 TMI 不同的時間特征)或 SRS(光譜特征)等效應(yīng)。應(yīng)當(dāng)注意在高動態(tài)范圍內(nèi)進(jìn)行測量，以觀察寄生光譜特征的早期生長，如放大自發(fā)發(fā)射或SRS。這種高動態(tài)光譜如圖 5b 所示，并證明 SRS 是不可探測的。

　　光束質(zhì)量測量是光纖激光表征中最困難的部分，值得單獨討論。簡言之，不引入熱效應(yīng)的衰減是關(guān)鍵，可以用菲涅耳反射或低損耗透射光學(xué)元件來完成。

　　在這里介紹的實驗中，使用楔形平板和脈沖泵浦，在比 TMI 出現(xiàn)的時間長的時間范圍上進(jìn)行衰減。在4.3kW 的輸出功率下，測得 x 方向上的 M2 為 1.27，y 方向上的 M2 為 1.21。

　　超快科學(xué)中的應(yīng)用

　　在高功率單模光纖激光器功率提升大約十年的停滯之后，現(xiàn)在開發(fā)新一代具有優(yōu)異光束質(zhì)量的千瓦級光纖激光器似乎是可行的。業(yè)界已經(jīng)展示了 4.3kW 的輸出功率，并且輸出僅受泵浦功率限制。確定了進(jìn)一步提升的主要限制，并確定了克服這些限制的方法。

　　應(yīng)當(dāng)注意的是，對所有已知效應(yīng)的仔細(xì)研究和隨后的參數(shù)優(yōu)化，帶來了光纖設(shè)計的進(jìn)步，并最終帶來了輸出功率的新記錄。進(jìn)一步提升和光纖適應(yīng)其他應(yīng)用看起來似乎是可行的，這將是接下來的目標(biāo)。

　　這帶來了一些有趣的觀點。一方面，項目合作伙伴希望將結(jié)果轉(zhuǎn)化為工業(yè)產(chǎn)品，但需要進(jìn)一步的重大開發(fā)力量。另一方面，該技術(shù)與其他光纖激光系統(tǒng)(例如飛秒光纖放大器)的提升高度相關(guān)。

　　在超快激光脈沖的光纖放大中，單根光纖已經(jīng)實現(xiàn)了近1 kW的功率，而通過組束技術(shù)，提升到 5kW 現(xiàn)在看來是可行的。雖然這些系統(tǒng)正在為諸如 ELI 等研究中心研發(fā)，開發(fā)可靠的光束傳輸手段仍然是工業(yè)系統(tǒng)的一項主要挑戰(zhàn)。

　　單模光纖激光器和飛秒光纖放大器的提升，都將需要大量額外的研究工作。這一努力將得到 FraunhoferIOF 旁邊一幢全新大樓的支持。這個新的光纖技術(shù)中心建筑于 2016 年完工，并設(shè)有專門的實驗室，用于制造和表征有源光纖、無源光纖以及納米結(jié)構(gòu)光纖。還將安裝用于制造特種光纖的單獨拉絲塔。(文/Thomas Schreiber，Andreas Tünnermann，Andreas Thoss)