5 .1 kW光电控一体式单模光纤激光器

       目前，受限于受激拉曼散射效应（SRS）和模式不稳定性（MI）的限制，国际上仅IPG公司成功研发了YLS-5000-SM型号的5kW单模光纤激光器，国内尚未见输出功率5kW以上近衍射极限光纤激光输出和工程化产品的报道。

        近期，中国工程物理研究院激光聚变研究中心光纤激光产品研发课题组设计了一种MOPA结构的光纤激光器，实现了最高5.102 kW近衍射极限的光纤激光输出。

        该光纤激光器的光学结构由976 nm LD 泵浦光纤芯径20/400 μm 掺镱体系光纤振荡器，级联双端混合波长LD泵浦模场面积约700 μm2的掺镱有源光纤放大器组成。采用了一种倾斜式光纤光栅对振荡器输出的信号光进行光谱滤波，提升了放大器种子光的光谱纯度。经过仿真计算与实验验证，确定了特定的前后向混合泵浦功率比例，有效地减缓了放大器的SRS效应，成功提升了MI阈值。实现了最高5.102 kW近衍射极限的光纤激光输出，中心波长1080.21 nm，放大器斜率效率78.34%。

        输出光谱如图1所示，光谱成分不含残余泵浦功率，拉曼光功率占比仅3.86%。采用4-sigma法测试了5.017 kW输出时的光束质量M2≈1.270/1.309，输出光斑形貌如图2所示。光电探测器检测的500ms时域、频域信号稳定，无任何抖动噪声出现，如图3(a)所示。出光全程未观察到任何MI现象，功率提升仅受限于泵浦功率。

图1 5.102kW输出时的输出光谱（插图为对数坐标）

5 kW单模光纤激光技术的突破，标志着高功率光纤激光器模式不稳定性控制和非线性效应抑制技术取得了进一步发展。当前，激光聚变研究中心已设计定型了光-电-控一体式5 kW单模光纤激光器产品，产品输出斜率曲线和整机外观如图2所示，其已累计完成超30 min时长的出光考核，单次连续300s出光烤机曲线如图3(b)所示，功率稳定性高于98.6%（Peak-peak值）。该系列光源填充了国内5 kW单模优质光纤激光光源的产品空白，为工业激光加工领域在解决光源需求方面提供了更优的选择。

图2 输出功率随泵浦功率的变化曲线和产品样机及光斑形貌图

图 3 （a）光电探测器测试5kW输出的时域和频域信号（b）连续300s出光功率的烤机数据