近日,中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率激光單元技術(shù)實(shí)驗(yàn)室,在基于微結(jié)構(gòu)空芯光纖的高功率激光傳能研究中取得新進(jìn)展。研究團(tuán)隊(duì)利用自研低損反諧振空芯光纖,成功實(shí)現(xiàn)了3米長度以上1微米波長300W連續(xù)光激光的單模柔性傳輸,相關(guān)研究成果發(fā)表于近期《光學(xué)快訊》(Optics Express)。
傳統(tǒng)光纖由石英材料制成,在長距離大功率激光傳能應(yīng)用中,其較強(qiáng)的光學(xué)非線性效應(yīng)引發(fā)的波長轉(zhuǎn)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(fā)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(gè)類似自由空間傳輸?shù)沫h(huán)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(yīng)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(tǒng),將1080 nm連續(xù)光工業(yè)光纖激光器輸出光束經(jīng)縮放后耦合入低損空芯反諧振光纖,從實(shí)驗(yàn)和理論兩方面系統(tǒng)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(xiàn)。上海光機(jī)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(dá)80%以上,實(shí)驗(yàn)中完成了1小時(shí)無損、穩(wěn)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(shí)現(xiàn)10小時(shí)以上激光功率穩(wěn)定傳輸,無任何激光損傷。實(shí)驗(yàn)證明,反諧振空芯光纖輸出的激光光束質(zhì)量一般優(yōu)于激光光源光束質(zhì)量。本研究為進(jìn)一步發(fā)展基于空芯光纖的千瓦級(jí)高功率激光傳能打下了扎實(shí)的研究基礎(chǔ)。
本研究得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目、上海大學(xué)光纖與先進(jìn)通信國際合作聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室的支持。(高功率激光單元技術(shù)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)裝置圖
圖3 基于空芯光纖的高功率能量傳輸?shù)妮敵龉β逝c耦合效率隨輸入功率變化圖
新聞鏈接:http://www.siom.cas.cn/xwzx/ttxw/202101/t20210129_5878858.html
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