36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申请报告书.doc免费在线阅读

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 。

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 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 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 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，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于高功率的连续工作的光纤激光器， 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，于高功率的连续工作的光纤激光器， 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和中红外激光输 出。

主要创新点 高功率光纤激光器的研究是目前激光光电子领域最为活跃的研究 内