国内科研根据锥形掺镱光纤完结20kW高光束质量激光输出

  （YDFL）功率进步面对的技能难题。增大YDF纤芯直径有利于进步SRS阈值，但导致高阶模操控更为困难，难以完结高光束质量。与均匀双包层光纤比较，锥形光纤在统筹SRS按捺和形式操控方面具有必定的优势。锥形光纤的小芯径部分可削减纤芯导模数量以完结有用的形式操控，大芯径部分则有利于下降纤芯功率密度以进步SRS阈值。2022年，国防科技大学根据均匀双包层掺镱光纤已完结了20 kW输出，光束质量M2因子为3．3。为进一步进步光束质量，团队展开了锥形掺镱光纤（TYDF）

  为进步SRS阈值，激光器选用后向泵浦的主振动功率扩大（MOPA）结构，如图1所示。1080 nm种子光顺次经模场适配器（MFA）、歪斜光栅（CTFBG）和包层光滤除器（CPS 1）后从TYDF的小端注入。1018 nm泵浦光经后向（6＋1）×1合束器（PSC）泵浦臂注入TYDF大端。扩大后的信号光经包层光滤除器（CPS 2）和光纤端帽（QBH）后输出。CPS 1的尾纤为30／250μm双包层传能光纤。PSC、CPS2和QBH尾纤均为48／400μm双包层传能光纤。国防科技大学自主规划研发的TYDF其小芯径区的纤芯／内包层直径为30／250μm，大芯径区的纤芯／内包层直径为48／400μm，纤芯数值孔径为0．066，包层吸收系数约为0．36 dB／m＠1018 nm，TYDF光纤的小芯径区、锥区、大芯径区长度分别为15 m、30 m、15 m。TYDF选用螺旋型环绕办法固定于光纤水冷板上，最小环绕直径大于25cm。

  激光器输出功率改变如图2（a）所示。200 W的1080nm种子激光经扩大器后的输出功率为160 W。当注入TYDF的最高泵浦功率为24．8 kW时，输出激光功率为20．2 kW，对应的全体斜率功率为80．8％。最高输出功率时的光谱如图2（b）所示，此刻SRS按捺比为33dB且无显着的拉曼光成份。不一样的功率下的光束质量M2因子（运用Primes LQM 200丈量，准直器焦距为120 mm）如图2（c）所示。13．5 kW时M2因子为2．18，比较团队2022年根据48／400 μm均匀光纤时平等功率下的丈量成果（M2＝2．8），光束质量得到了显着进步。

  因为激光光斑较小（LQM 200入射光斑直径需小于15 mm），跟着输出功率的添加，准直器镜片的热效应加重，导致了显着的离焦相差和光斑畸变，因而暂未能完结20 kW输出功率时M2的准确丈量。试验中还运用中科院合肥物质科学研究院研发的光束质量丈量仪（GYM－100），根据《GJB 7367－2011高能激光光束质量因子β丈量办法》，对光束质量β因子进行了测验。因为运用了长焦距（190 mm）的大光斑准直器，某些特定的程度上缓解了准直器的热效应对丈量成果的影响。13．5 kW时的β因子为1．92，20 kW时的β测验成果如图2（d）所示。150 s内测得β因子最小值为1．93，最大值为2．05，平均值为1．99。

  因现在尚无β因子与M2因子的准确换算办法，暂无法由β因子测验成果得出20 kW时的M2因子线 kW激光器（根据相同检测体系测得β因子平均值为2．94），光束质量得到了显着进步。试验成果验证了锥形光纤改进光束质量的可行性。在后续工作中，团队将持续优化TYDF和光纤器材结构参数，完结功率和光束质量的逐渐进步。