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可行性投资论证建议报告word文档（24页）

四项目预期目标。

主要技术经济指标社会效益技术应用和产业化前景以及获取自主知识产权情况主要技术指标本项目主要技术指标包括下列三点总体目标解决高功率脉冲光纤激光器实用化系列关键技术，研制成功可商品化高功率脉冲光纤激光器样机研制成功随机偏振微米波段高功率脉冲光纤激光器，输出功率大于线偏振高功率脉冲光纤激光器，输出功率大于。

光束质量指标优于。

激光工作波长，重复脉冲频率，脉宽主要经济指标本项目顺利实施后，可望研制成功具有完全自主知识产权高功率脉冲光纤激光器该类激光器可广泛应用于激光加工和国防等领域，经过前期市场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，将种子和放大级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，其研制难度较随机偏振脉冲光纤激光器大得多。

但以此作为激光泵源，可以实现高效紫外激光输出和中红外激光输出。

技术关键拟采用大直径保偏光纤实现高功率线偏振输出，将采用种子源脉冲形状预控制技术抑止有害非线性光学效应产生。

在线偏振高功率脉冲光纤激光器研制成功后，将代替现有半导体激光器泵浦固体激光器实现高功率紫外激光和中红外激光输出。

主要创新点高功率光纤激光器研究是目前激光光电子领域最为活跃研究内容，其中工作于微米波段掺镱光纤激光器是大功率光纤激光器中最为出色。

年，英国南安普敦大学光电子研究中心研究人员首先在国际上实现了连续工作模式光纤激光器单芯输出功率达到指标，产生了极大轰动，将原先光纤激光器只能输出小功率作为传感测量用光源概念完全颠覆。

在年，脉冲工作光纤激光器平均输出功率也达到了，其峰值功率达到了数万瓦。

相比于连续工作模式，脉冲工作光纤激光器其平均功率虽然较低，但却具有更高峰值功率，其与物质作用效果也就更强，因此也更适合于作为加工用激光光源。

此外，脉冲工作高功率光纤激光器也可以作为各种光频变换系统初级光源，这主要是由于其横模结构由光纤结构决定，在大功率下仍然不会劣化，可以保持在单模模或低阶模上，其输出光束质量可以保持很好，光束亮度可以极高。

作为加工用激光器，除了必须满足功率指标和光束质量指标之外，实际上还涉及更多与应用密切相关技术参数要求，其相关参数都与光纤激光器长期稳定性与抗干扰性密切相关。

本项目研究内容，就是针对脉冲工作高功率光纤激光器各种影响稳定性和抗干扰性问题，开展深入研究工作，争取获得能用以指导实用化加工用高功率脉冲光纤激光器制作各类关键技术。

本项目创新之处可以概括为高功率脉冲光纤激光器全光纤化工作。

该项工作属于目前国际上研制高功率脉冲光纤激光器主要内容之，是目前光纤激光器研制热点之。

全光纤化调系统种子源，将使脉冲光纤激光器结构和稳定性获得极大地提高，更适用于商品化激光器应用。

光纤抗黑化问题。

将采用手段包括特殊光纤掺杂，以及在芯层掺杂后折射率变化基础上，调整光纤内包层折射率以控制相应数值孔径，使仍能保持稳定单模工作。

这将比目前抗黑化光纤高模式结构具有显著优点，具有鲜明创新特色。

当然，该工作完成具有较大难度。

很显然，适用于长期高功率运作抗黑化光纤单模化研制工作，将极大地推进光纤激光器商品化应用。

影响光纤激光器可靠工作受激喇曼效应和受激布里渊效应等非线性效应抑止技术。

项目将针对喇曼现象产生机制，通过限制光纤单位面积上峰值功率密度和控制光纤材料成分技术路径加以解决。

针对受激布里渊散射，将通过控制种子带宽方法予以解决。

这两方面工作将在国际上具有创新性。

四项目预期目标。

主要技术经济指标社会效益技术应用和产业化前景以及获取自主知识产权情况主要技术指标本项目主要技术指标包括下列三点总体目标解决高功率脉冲光纤激光器实用化系列关键技术，研制成功可商品化高功率脉冲光纤激光器样机研制成功随机偏振微米波段高功率脉冲光纤激光器，输出功率大于线偏振高功率脉冲光纤激光器，输出功率大于。

光束质量指标优于。

激光工作波长，重复脉冲频率，脉宽主要经济指标本项目顺利实施后，可望研制成功具有完全自主知识产权高功率脉冲光纤激光器该类激光器可广泛应用于激光加工和国防等领域，经过前期市场开展脉冲光纤激光器全光纤化实验工作进行抗黑化光纤试制工作开展光纤激光器脉冲波形控制工作开展光纤端面表面保护帽处理与性能试验工作开展光纤激光器功率放大增强工作开展光纤激光器脉宽与谱宽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高功率脉冲光纤激光器样机试制工作开展光纤激光器稳定性测试与市场推广工作开展光纤激光器作为泵源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。

实现光纤激光器优化设计配臵进步开展光纤激光器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技术实力，承担过国家省部级多项重要研究课题，近期开展高功率脉冲光纤激光器已经实现平均功率微米波段光纤激光输出注其中作为功率放大最后级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项目，已经充分认知项目开展过程中将要面对关键技术问题，并对相应解决方法做了深入细致考虑。

项目申请单位具有较为完备开展光纤激光器研究工作相关实验条件，具有多个不同波长大功率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光纤光谱仪带宽数字示波器拥有以倍频氩离子激光器为核心光纤光栅制作系统各种类型多个激光功率计及各类激光研究用相关元器件，此外，项目开展所需大直径光纤切割刀正在购臵中。

项目组人员经过长期光纤激光器和固体激光器研究工作训练，具有丰富研究工作经验。

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