华大学兵器工业总公司等相关单位在实验室中已经演示了超过或接近瓦的单纤激光功率输出，但般仅限于在实验平台上的短期激光演示，距离实用化的全光纤激光器尚有较大距离，对具有更大应用前景的高功率脉冲光纤激光器的研制则刚刚开始，与国外光纤激光器的领军单位如美国的公司英国南安普顿大学光电子研究中心德国的激光研究所等单位相比尚有较大距离。本项目的研究工作的主要目的，正是从高精度激光加工的要求出发，深入地探讨和分析上述加工用高功率脉冲光纤激光器所必须解决的各类关键技术问题，并深入地研究相应的技术手段予以解决，使得能通过较短时间的研究，能完全满足实际加工工艺的要求，研制成功实用化的高功率脉冲光纤激光器，促进我国特别是浙江省的相应产业的发展。三项目主要研究开发内容技术关键及主要创新点。本项目的主要研究内容为通过研究掌握实用化高功率脉冲光纤激光器研制过程中的系列关键技术，研制高性能的高功率脉冲光纤激光器，特别是线偏振输出的全光纤化的高功率脉冲光纤激光器。本项目具体的研究内容和相应的技术关键阐述如下内容高功率光纤激光器的脉冲控制关键技术光纤激光器的激光脉宽和峰值功率水平是影响加工质量和加工效率的最为重要的因素。由于光纤激光器般采用较长的光纤，因此腔长也就较大，这使得采用常规的调技术很难获得较短的脉冲宽度，因此影响输出激光的峰值功率，并进而影响加工效果。技术关键拟采用主振放大结构的光纤激光器方案，利用短脉冲工作的小功率种子光纤激光器作为信号源，采用多级放大的技术原理，实现短脉冲高功率的激光输出。将就最佳的参数条件的获得开展深入的基础研究。内容高功率光纤激光器中非线性光学现象的消除技术由于光纤激光器长度较大，非线性阈值较低，容易产生受激喇曼散射和受激布里渊散射，这类非线性光学现象是导致光纤激光器损坏的重要原因。技术关键拟通过优化种子激光设计，优化多级放大器的放大特性和隔离特性，优化种子光耦合条件和激光放大器的工作谱宽，有效地抑止高功率脉冲光纤激光器工作时的非线性效应。将就非线性效应产生的阈值条件损伤机制时阈与频阈的特征信号及抑止条件，开展深入的研究。内容高功率增益光纤与空气界面的保护技术和增益光纤的防黑化技术前期的实验研究工作已经表明，光纤与空气的界面层是高功率光纤激光器中损伤阈值最低的部分，如何有效地保护光纤的端面是保证高功率的光纤激光器长期稳定工作的重要因素此外，增益光纤本身在高功率工作条件下的衰退问题，也即常称为光致黑效应的解决，也是影响光纤激光长期稳定工作的重要因素。技术关键拟通过在增益光纤端部表面设置光纤帽的方案，大幅降低光纤激光端部输出时的功率密度，提高其承受激光功率的能力拟通过特殊的掺杂手段，提高光纤的抗光损伤能力，防止光纤黑化的产生。并在此同时，采用提高包层的折射率来维持较低的数值孔径条件，使得光纤在具有较好的抗光损伤能力情况下，仍能保持单模工作特性，保证光纤激光的输出模式质量。将就光纤帽的最佳成分配置光纤帽的最佳深度与融合技术开展深入的研究将就磷铝和特殊元素掺杂的最佳光纤组分及其对光黑化效应的抑止作用的最佳作用条件开展深入研究。内容光纤激光器的全光纤化技术高功率脉冲光纤激光器般采用主振放大器结构，但其最后级目前仍需要采用传统的自由空间耦合的方式工作，这使得光纤激光器易于受到外界条件的变化如振动温飘等因素的影响，其长期稳定性收到限制。解决这问题的主要办法是全光纤化，将种子和放大级泵源和放大级之间的自由空间耦合改成光纤耦合的方式。技术关键拟采用的泵浦耦合器实现信号泵浦与增益光纤的全光纤耦合。将就芯模耦合条件泵浦耦合器的散热条件及其对准技术开展深入的研究。内容线偏振的实用化高功率脉冲光纤激光器的研制因为线偏振的高功率脉冲光纤激光器对种子源增益光纤和脉冲控制均有特殊的严格要求，同样功率的线偏振输出的光纤激光器，其研制难度较随机偏振的脉冲光纤激光器大得多。但以此作为激光泵源，可以实现高效的紫外激光输出和中红外激光输出。技术关键拟采用大直径的保偏光纤实现高功率的线偏振输出，将采用种子源的脉冲形状预控制技术抑止有害的非线性光学效应的产生。在线偏振的高功率脉冲光纤激光器研制成功后，将代替现有的半导体激光器泵浦固体激光器实现高功率的紫外激光项目部分研究成果将以论文形式发表，预期将发表论文篇以上。五项目实施方案技术路线组织方式与课题分解。实施方案本项目组将联合高校的技术人员与相关企业的研究力量，在原有工作基础上，采取联合攻关的方式，解决相关的系列关键技术难题，研制高功率脉冲光纤激光器，并力争使所研制的产品商品化，进入市场。将结合技术攻关与产学研的特点，深入研究掌握光纤激光器结构化全光纤化及稳定控制等技术向产品转化所必须解决的关键制作技术，将利用技术专长，研制具有关键意义的抗黑化单模化光纤，实现高功率脉冲光纤激光器的实用化和可商品化。将充分发挥高校与公司各自的技术特点，形成产学研体化的研制模式，并结合相关公司已有的产品，使先进的技术手段在新产品上得到体现，并尽快投入市场。技术路线高功率脉冲光纤激光器将采用种子放大结构的模式进行设计，种子拟采用全光纤化的调源，通过隔离器和耦合器进入放大用的增益光纤，实现功率放大。其基本的框架如图所示。调工作的种子激光器隔离器光纤功率放大器半导体激光器泵浦源光纤激光输出隔离器激光器驱动源激光器驱动源图高功率脉冲光纤激光器原理框图组织方式与课题分解本课题按项目研究内容可分解为系统总体结构设计光纤优化种子激光研制和激光功率放大系统研制等几部分，最后集成为实用化的光纤激光器。各部分内容相互关联，前后衔接，其最终目标是研制成功个可商品化的高功率激光器，投入市场。整个课题将由项目申请单位负责计划各方面的实施，各个项目参加单位按技术实力与基础条件分别参与项目的总体设计部件研制以及样机的商品化设计和市场化推广工作。其中明确参加单位将负责线偏振高功率光纤激光器的产业化和市场推广工作，参加单位将负责随机偏振高功率光纤激光器的产业化和市场推广工作。六计划进度安排。本项目工作将在前期工作基础上，于年初正式开始启动，年底结束，计划在年内完成，目前项目相关研究工作基础良好，各项工作进展顺利。作为关键技术难题的脉冲控制结构的脉冲激光器均已经实现，光纤抗黑化的工作也取得定进展，全光纤化的工作正在开始试验中。上述各项工作基础将为项目的顺利开展奠定良好的基础。项目具体进度安排如下开展脉冲光纤激光器的全光纤化实验工作进行抗黑化光纤的试制工作开展光纤激光器的脉冲波形控制工作开展光纤端面表面的保护帽处理与性能试验工作开展光纤激光器的功率放大增强工作开展光纤激光器的脉宽与谱宽的控制与试验工作开展线偏振高功率光纤激光器研制工作开展随机偏振的高功率脉冲光纤激光器的样机试制工作开展光纤激光器的稳定性测试与市场推广工作开展光纤激光器作为泵源的激光倍频和光参量振荡器研究工作随机偏振光纤激光器功率输出达到，线偏振光纤激光器功率输出达到。实现光纤激光器的优化设计配臵进步开展光纤激光器的应用试验与推广工作完成项目总结。预期项目将在年底之前完成全部计划工作，并在年底之前完成项目验收。七现有工作基础和条件。项目申请单位具有长期开展光电子激光技术研究的研制工作基础，在光电子材料固体激光器光纤激光器光纤传感器研究等领域具有雄厚的技术实力，承担过国家省部级多项重要研究课题，近期开展的高功率脉冲光纤激光器已经实现平均功率的微米波段的光纤激光输出注其中作为功率放大的最后级的光纤放大器目前仍为自由空间耦合，尚未实现全光纤化，因此在稳定性与实用化程度上仍有较大困难，需要进步改进。项目组在此基础上开展全光纤化的项目，已经充分认知项目开展过程中将要面对的关键技术问题，并对相应的解决方法做了深入细致的考虑。项目申请单位具有较为完备的开展光纤激光器研究工作的相关实验条件，具有多个不同波长的大功率的半导体激光器泵浦源个，个，个及驱动源大直径保偏光纤熔接机大动态范围的光纤光谱仪带宽的数字示波器拥有以倍频氩离子激光器为核心的光纤光栅制作系统各种类型的多个激光功率计及各类激光研究用的相关元器件，此外，项目开展所需的大直径光纤切割刀正在购臵中。项目组人员经过长期的光纤激光器和固体激光器研究工作训练，具有丰富的研究工作经验。项目负责人与项目主要参加人员具有长期在国外知名高校学习工作的背景，与国际知名研究中心建立有较好的合作关系，这在定程度上也将推动项目的顺利开展。项目组充分掌握高功率光纤激光器光纤端面处理所必须的技术，拥有相关的端面抛光和检测设备，完全有条件开展实用化高功率光纤激光器的研制及其产业化工作。图为申请者近期研制的主振放大模式的高功率脉冲光纤激光器的原理示意图，在工作波长为的半导体激光器的泵浦条件下，已经获得功率的波段的脉冲光纤激光输出图，其重频为，脉宽为，光束质量极好，光束质量因子优于见图的激光光斑测试结果，光谱输出带宽约，并很好地抑止了受激喇曼散射和受激布里渊散射。已经利用所研制的保偏输出的脉冲光纤激光器作为泵浦源，泵浦个高效的光参量振荡器系统，在的泵浦条件下，获得了近的输出，斜效率达到了，充分说明了所研制的光纤激光器的高光束质量图申请者近期研制的高功率脉冲光纤激光器原理图图申请者近期研制的高功率脉冲光纤激光器远场光斑测试图图申请者近期研制的高功率脉冲光纤激光器输出功率与泵浦功率的关系图项目参加单位之是多年开展固体激光器制作与应用相结合的高新技术企业，项目参加单位之二的主要业务是各类光电子激光器件的生产与开发，两个单位均具备良好的激光器研制与应用基础，具有市场化推广能力，并对相关技术的发展表现出强烈的参与积极性，能提供相应的配套条件，对光纤激光器的实用化与产业化将起到重要的作用。二经费概算省级科技计划项目经费概算表项目名称金属合金成份自动检测的系列关键技术及设备研究金额单位万元序号概算科目名称合计省财政拨款经费地方部门配套经费自筹经费经费支出合计设备费购置设备费试制设备费设备租赁费材料费测试化验加工费燃料动力费差旅费会议费合作协作研究与交流费出版文献信息传播知识产权事务费人员劳务费专家咨询费管理费其他开支二经费来源合计申请省财政经费地方部门配套拨款自筹经费单位自有货币资金其他资金省财政科技经费