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初步设计报告

若能采用高功率脉冲光纤激光器作为泵源，上述紫外激光实现起来就要容易得多，其应用得前景极其广大。

浙江省作为制造业大省，国有和民营制造企业数量众多，尤其在浙江温州台州和金华，民营制造企业已经成为当地经济支柱。

这些企业目前普遍存在问题是，技术含量相对较低，产品利润率较低，很多企业产品属于出口导向型。

随着人民币汇率不断提高和国外技术壁垒限制增多，企业生存危机已经开始显现。

采用高新技术，提高生产效率，降低生产成本是这些企业发展必然选择。

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，光纤偏振控制器万元万元个，个，大功率激光隔离器万元万元个，个，纳米级精密调节架万元万元个，个，大功率尾纤输出半导体激光器泵源万万台，台，多路光纤合束器万元万元个，个，中等功率半导体激光器万元万元个，个。

本项目预算中，材料费万元主要用于商品化大芯径增益光纤购臵万元，千元米，约米，光纤抛光材料万元，非球面耦合透镜及其他光学元器件万元光纤标准样品购臵用于所研制设备光谱定标精细化学品购臵万元，相关电子元器件万元测试化验加工费万元主要用于精密光学元件加工导光光纤束加工机械加工等燃料动力费万元主要用于项目研制过程中水电等相关费用支出差旅费万元主要用于项目开发过程中人员出差费用会议费万元主要用于参加学术会议成果展示会及各类产品展览会等合作协作研究与交流费共万元，主要用于与国外合作单位合作研究工作出版文献信息传播知识产权事务费万元主要用于专利申请论文发表等人员劳务费万元主要用于项目辅助参加人员和研究生补贴专家咨询费万元包括专家鉴定会验收会及其他咨询费用支出，管理费万元为承担单位项目管理费。

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项目可行性报告立项背景和意义。

激光技术发展自世纪六十年代激光问世以来，已经极大地改变了现代人思想观念和生活质量。

大功率光纤激光作为种特殊光源，近几年来其发展势头之猛，已经远远超出人们当初想象。

本项目将针对高功率脉冲光纤激光器在二个主要方面应用，即作为精密微加工应用激光光源和激光频率变换系统泵浦光源开展工作，研制高品质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。

随着科学发展和社会进步，高效环保精密绿色加工正在从概念走向现实。

作为种蓬勃发展高新技术，激光加工技术近年来已经在各方面显示绿色加工特有优势，如采用高功率二氧化碳激光器金属切割焊接，采用高功率激光器钻孔刻划打标等等，都在所应用领域极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严格要求，同样功率线偏振输出光纤激光器，其