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的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的的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的项目管理费。项目可行性报告立项的背景和意义。激光技术的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的思想观念和生活质量。大功率的光纤激光作为种特殊的光源，近几年来其发展势头之猛，已经远远超出人们当初的想象。本项目将针对高功率脉冲光纤激光器在二个主要方面的应用，即作为精密微加工应用的激光光源和激光频率变换系统的泵浦光源开展工作，研制高品质的高功率脉冲光纤激光器，特别是线偏振输出的高功率脉冲光纤激光器。随着科学的发展和社会的进步，高效环保精密的绿色加工正在从概念走向现实。作为种蓬勃发展的高新技术，激光加工技术近年来已经在各方面显示绿色加工特有的优势，如采用高功率二氧化碳激光器的金属切割焊接，采用高功率激光器的钻孔刻划打标等等，都在所应用领域极大地提高了生产效率和产品的质量，降低了工作强度，减少了环境污染。典型的如，大家非常熟悉的原先采用传统手工刻制的公司和私人印章，其加工工艺已经毫无例外地被激光雕刻机加工所取代，其加工的时间也从原来的几天缩短到目前的不到半小时。国际上些著名的飞机和汽车生产企业，如波音空客大众奔驰等公司都已经在生产中引入了激光加工生产线，作为典型核准通过，归档资料。未经允许，请勿外传,例子，空客公司的正在试飞即将投入正式运营的空客，正是由于其有效地采用了激光加工技术，提高了加工的精度，因此才能在进步提高飞机机械强度的同时，大幅度地减少飞机本身的重量，从而为大幅度提高载客量奠定了基础。因为机体体积的显著增大，毫无疑问将使得对机身强度和重量的要求大幅度提高，很难想象，如果没有激光加工技术的广泛应用，空客能否实现从原来的载客人左右提高到目前的人。与般传统的加工用高功率激光器相比，近二年在国际上突飞猛进的光纤激光器具有独特的优点。由于单模光纤独特的光束限制作用，使得光纤激光的光束质量并不会由于激光功率的增加而降低，光纤本身特有的大表面积，又使得严重影响常规固体激光器光束质量的热畸变问题在光纤经济效益。二国内外研究现状和发展趋势近年来，随着光纤激光器的迅猛发展，其在加工业中的应用研究在国际上些最为知名的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的项目，集中研究激光的脉冲形状峰值功率光斑形状对加工的各种影响及相应的最佳参数条件美国的公司所生产的各类光纤激光器已经开始形成商品化的产品英国的公司生产的大功率皮秒和亚皮秒的光纤激光器在各种应用领域也开始得到较为广泛的承认。但是，非常清楚的是，光纤激光器离真正进入广泛的应用能完全取代传统的固体激光器还有定的距离，这主要是高功率脉冲光纤激光器的研制目前尚存在些关键的技术问题迫切需要解决。相比于技术上较为简单的高功率连续激光器，高功率的脉冲光纤激光器可以具有高得多的峰值功率，其加工效果要好得多，因此成为研究的主流。但是，其技术难度也大得多。首先，高功率光纤激光器的脉冲工作的控制问题，这是影响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，因此也就具有较大的腔长，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其次，光纤中非线性光学现象的克服问题，特别是受激喇曼效应和受激布里渊效应的抑止问题。这类非线性光学现象是导致光纤损坏的重要原因再其次是光纤与空气界面的保护问题，前期的实验研究已经表明，光纤与空气的界面层是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最后，是光纤激光器的全光纤化问题，由于全光纤化的光纤激光器对外界因素，如振动温飘等因素的影响的不敏感性，将使得光纤激光器能真正地在各种复杂环境的应用场合大显身手。高功率光纤激光器的研究工作，近几年在国内若干单位也已经得到很好的开展，目前工作主要集中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激光器中也不再是个问题。非常清楚的是，光束质量的提高，使得激光能被光学系统聚焦到接近于衍射极限的极小斑点内，这使得高质量的精密加工成为可能。由于热控问题的简化，高功率的光纤激光器在结构上可以得到很大的简化，整体成本大幅降低，这为光纤激光器进入实际生产过程创造了非常有利的条件。举个典型的例子，如果采用常规的或激光器，的单横模输出，光束质量因子小于，价格约为万人民币，而采用光纤激光器，同样的技术指标，市场售价不到万。同样，对于的高光束质量的固体激光器，价格不会低于万人民币此时，较低的价格只能保证光束质量在低于时接近单模，而同样功率的光纤激光器的价格低于万人民币。正因为如此，高的性价比使得光纤激光在绝大多数的领域正在取代传统的常规灯泵和半导体泵浦的固体激光器。长期以来，高功率的脉冲紫外激光器是精密激光微加工的首选光源。紫外激光加工相对应的激光处理表面可以具有特殊的完整性与光滑度，这主要源于紫外激光在与物质作用中，其过程是直接将分子撕裂而并非依赖热作用。传统的灯泵或半导体泵浦的固体激光器，为实现高功率的优质基频光输出，需要极为复杂的热耗控制和热透镜畸变补偿系统，这使得整个激光器在结构上相当复杂，稳定性也成为问题。大功率的紫外激光器因此价格昂贵，这也制约了其在各个领域的广泛应用。若能采用高功率的脉冲光纤激光器作为泵源，上述的紫外激光实现起来就要容易得多，其应用得前景极其广大。浙江省作为制造业的大省，国有和民营的制造企业数量众多，尤其在浙江的温州台州和金华，民营的制造企业已经成为当地经济的支柱。这些企业目前普遍存在的问题是，技术含量相对较低，产品的利润率较低，很多企业的产品属于出口导向型。随着人民币汇率的不断提高和国外技术壁垒的限制增多，企业的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的必然选择。只有这样，浙江省才能从制造业的大省向制造业的强省迈进。其中，采用最新的激光加工技术提升加工制造业将是种非常明智的选择。本项目正是针对上述的背景情况，并根据自身的研究条件和工作基础，结合相关企业的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的系列关键技术，并在此基础上，研制可商品化的高功率脉冲光纤激光器，特别是线偏振输出的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，形成直接的社会和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