（项目申请）高功率脉冲光纤激光器的系列关键技术及其设备研究项目立项分析评估建议书（备份存档）

将就最佳参数条件获得开展深入基础研究。

内容高功率光纤激光器中非线性光学现象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，优化多级放大器放大特性和隔离特性，优化种子光耦合条件和激光放大器工作谱宽，有效地抑止高功率脉冲光纤激光器工作时非线性效应。

将就非线性效应产生阈值条件损伤机制时阈与频阈特征信号及抑止条件，开展深入研究。

内容高功率增益光纤与空气界面保护技术和增益光纤防黑化技术前期实验研究工作已经表明，光纤与空气界面层是高功率光纤激光器中损伤阈值最低部分，如何有效地保护光纤端面是保证高功率光纤激光器长期稳定工作重要因素此外，增益光纤本身在高功率工作条件下衰退问题，也即常称为光致黑效应解决，也是影响光纤激光长期稳定工作重要因素。

技术关键拟通过在增益光纤端部表面设置光纤帽方案，大幅降低光纤激光端部输出时功率密度，提高其承受激光功率能力拟通过特殊掺杂手段，提高光纤抗光损伤能力，防止光纤黑化产生。

并在此同时，采用提高包层折射率来维持较低数值孔径条件，使得光纤在具有较好抗光损伤能力情况下，仍能保持单模工作特性，保证光纤激光输出模式质量。

将就光纤帽最佳成分配置光纤帽最佳深度与融合技术开展深入研究将就磷铝和特殊元素掺杂最佳光纤组分及其对光黑化效应抑止作用最佳作用条件开展深入研究。

内容光纤激光器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自由空间耦合方式工作，这使得光纤激光器易于受到外界条件变化如振动温飘等因素影响，其长期稳定性收到限制。

解决这问题主要办法是全光纤化，将种子和放大展必然选择。

只有这样，浙江省才能从制造业大省向制造业强省迈进。

其中，采用最新激光加工技术提升加工制造业将是种非常明智选择。

本项目正是针对上述背景情况，并根据自身研究条件和工作基础，结合相关企业研究力量和生产条件，将重点研究实用化高功率脉冲光纤激光器系列关键技术，并在此基础上，研制可商品化高功率脉冲光纤激光器，特别是线偏振输出高功率脉冲光纤激光器，并直接应用于激光光频转换系统，如紫外激光产生和中红外激光产生中，形成直接社会和经济效益。

二国内外研究现状和发展趋势近年来，随着光纤激光器迅猛发展，其在加工业中应用研究在国际上些最为知名研究单位中已经开始，如英国南安普敦大学光电子研究中心与英国剑桥大学激光加工中心联合承担项目，集中研究激光脉冲形状峰值功率光斑形状对加工各种影响及相应最佳参数条件美国公司所生产各类光纤激光器已经开始形成商品化产品英国公司生产大功率皮秒和亚皮秒光纤激光器在各种应用领域也开始得到较为广泛承认。

但是，非常清楚是，光纤激光器离真正进入广泛应用能完全取代传统固体激光器还有定距离，这主要是高功率脉冲光纤激光器研制目前尚存在些关键技术问题迫切需要解决。

相比于技术上较为简单高功率连续激光器，高功率脉冲光纤激光器可以具有高得多峰值功率，其加工效果要好得多，因此成为研究主流。

但是，其技术难度也大得多。

首先，高功率光纤激光器脉冲工作控制问题，这是影响加工效率最为重要因素。

由于光纤激光器般采用较长光纤，因此也就具有较大腔长，这使得采用常规调技术很难获得较短脉冲宽度，因此影响输出激光峰值功率，并进而影响加工效果其次，光纤中非线性光学现象克服问题，特别是受激喇曼效应和受激布里渊效应抑止问题。

这类非线性光学现象是导致光纤损坏重要原因再其次是光纤与空气界面保护问题，前期实验研究已经表明，光纤与空气界面层是损伤阈值最低部分，如何有效地保护光纤端面是保证高功率光纤激光器长期稳定工作重要因素此外，增益光纤衰退问题，也即常称为光致黑效应解决，也是影响光纤激光长期稳定工作重要因素最后，是光纤激光器全光纤化问题，由于全光纤化光纤激光器对外界因素，如振动温飘等因素影响不敏感性，将使得光纤激光器能真正地在各种复杂环境应用场合大显身手。

高功率光纤激光器研究工作，近几年在国内若干单位也已经得到很好开展，目前工作主要集中于高功率连续工作光纤激光器，中科院上海光机所中电集团所清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单纤激光功率输出，但般仅限于在实验平台上短期激光演示，距离实用化全光纤激光器尚有较大距离，对具有更大应用前景高功率脉冲光纤激光器研制则刚刚开始，与国外光纤激光器领军单位如美国公司英国南安普顿大学光电子研究中心德国激光研究所等单位相比尚有较大距离。

本项目研掺杂手段，提高光纤抗光损伤能力，防止光纤黑化产生。

并在此同时，采用提高包层折射率来维持较低数值孔径条件，使得光纤在具有较好抗光损伤能力情况下，仍能保持单模工作特性，保证光纤激光输出模式质量。

将就光纤帽究工作主要目，正是从高精度激光加工要求出发，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各类关键技术问题，并深入地研究相应技术手段予以解决，使得能通过较短时间研究，能完全满足实际加工工艺要求，研制成功实用化高功率脉冲光纤激光器，促进我国特别是浙江省相应产业发展。

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系列关键技术，研制高性能高功率脉冲光纤激光器，特别是线偏振输出全光纤化高功率脉冲光纤激光器。

本项目具体研究内容和相应技术关键阐述如下内容高功率光纤激光器脉冲控制关键技术光纤激光器激光脉宽和峰值功率水平是影响加工质量和加工效率最为重要因素。

由于光纤激光器般采用较长光纤，因此腔长也就较大，这使得采用常规调技术很难获得较短脉冲宽度，因此影响输出激光峰值功率，并进而影响加工效果。

技术关键拟采用主振放大结构光纤激光器方案，利用短脉冲工作小功率种子光纤激光器作为信号源，采用多级放大技术原理，实现短脉冲高功率激光输出。

将就最佳参数条件获得开展深入基础研究。

内容高功率光纤激光器中非线性光学现象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，优化多级放大器放大特性和隔离特性，优化种子光耦合条件和激光放大器工作谱宽，有效地抑止高功率脉冲光纤激光器工作时非线性效应。

将就非线性效应产生阈值条件损伤机制时阈与频阈特征信号及抑止条件，开展深入研究。

内容高功率增益光纤与空气界面保护技术和增益光纤防黑化技术前期实验研究工作已经表明，光纤与空气界面层是高功率光纤激光器中损伤阈值最低部分，如何有效地保护光纤端面是保证高功率光纤激光器长期稳定工作重要因素此外，增益光纤本身在高功率工作条件下衰退问题，也即常称为光致黑效应解决，也是影响光纤激光长期稳定工作重要因素。

技术关键拟通过在增益光纤端部表面设置光纤帽方案，大幅降低光纤激光端部输出时功率密度，提高其承受激光功率能力拟通过特殊掺杂手段，提高光纤抗光损伤能力，防止光纤黑化产生。

并在此同时，采用提高包层折射率来维持较低数值孔径条件，使得光纤在具有较好抗光损伤能力情况下，仍能保持单模工作特性，保证光纤激光输出模式质量。

将就光纤帽最佳成分配置光纤帽最佳深度与融合技术开展深入研究将就磷铝和特殊元素掺杂最佳光纤组分及其对光黑化效应抑止作用最佳作用条件开展深入研究。

内容光纤激光器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自由空间耦合方式工作，这使得光纤激光器易于受到外界条件变化如振动温飘等因素影响，其长期稳定性收到限制。

解决这问题主要办法是全光纤化，将种子和放大工作背景，与国际知名研究中心建立有较好合作关系，这在定程度上也将推动项目顺利开展。

项目组充分掌握高功率光纤激光器光纤端面处理所必须技术，拥有相关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研制及其产业化工作。

图为申请者近期研制主振放大模式高功率脉冲光纤激光器原理示意图，在工作波长为半导体激光器泵浦条件下，已经获得功率波段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。

已经利用所研制保偏输出脉冲光纤激光器作为泵浦源，泵浦个高效光参量振荡器系统，在泵浦条件下，获得了近输出，斜效率达到了，充分说明了所研制光纤激光器高光束质量图申请者近期研制高功率脉冲光纤激光器原理图图申请者近期研制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高功率脉冲光纤激光器输出功率与泵浦功率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高新技术企业，项目参加单位之二主要业务是各类光电子激光器件生产与开发，两个单位均具备良好激光器研制与应用基础，具有市场化推广能力，并对相关技术发展表现出强烈参与积极性，能提供相应配套条件，对光纤激光器实用化与产业化将起到重要作用。

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拨付进度申请第年第年第年金额比例注支出概算按照经费开支范围确定支出科目和不同经费来源编列，同支出科目般不同时在财政拨款经费和自筹经费中概算。

二经费概算说明。

本项目预算总经费万元，其中计划申请省财政经费万元，自筹经费共万元包括参加单位自有货币资金万元，承担单位与参加单位配套资金万元。

项目参加单位之承诺将提供万元配套经费支持，主要用于项目研制过程中测试与加工费。

项目参加单位之二承诺提供万元自有资金用于本项目中相关设备开发，以及用于测试加工与合作交流费用。

项目承担单位将通过自有经费投入设备费万元作为单位配套资金，主要用于本项目中尚缺少设备购臵，包括线偏振全光纤化隔离器万元万元个，个，全光纤化起偏器万元万元个，个，微米种子用半导体激光器万元万元个，泵源和放大级之间自由空间耦合改成光纤耦合方式。

技术关键拟采用泵浦耦合器实现信号泵浦与增益光纤全光纤耦合。

将就芯模耦合条件泵浦耦合器散热条件及其对准技术开展深入研究。

内容线偏振实用化高功率脉冲光纤激光器研制因为线偏振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