高功率激光单元技术实验室

高功率有源光纤

更新时间:2019-06-27 【打印】 【关闭

  1稀土掺杂玻璃的光学与光谱性能研究 

      基于溶胶凝胶工艺及硼硅玻璃分相工艺制备稀土掺杂二氧化硅纳米粉体,结合高温烧结玻璃化工艺制备出较大尺寸的稀土掺杂石英玻璃。系统研究了掺镱硅铝玻璃系统和掺镱磷铝硅三元玻璃系统的光学与光谱性质,得到了磷铝摩尔比对玻璃结构及发光性能的重大影响规律。采用等摩尔比的磷铝掺杂及共掺氟技术,制备了极低折射率的高稀土浓度掺杂石英基玻璃,改进制备工艺提高玻璃的光学均匀性,在掺镱大模场光子晶体光纤中作为芯棒获得实际应用,解决了传统MCVD工艺无法制备大直径芯棒的技术瓶颈。进一步地,开展了1.5微米波段的掺铒石英玻璃及2微米波段的掺铥、钬石英玻璃,研究了不同成分的光谱性能,为后续拓展制备1.5微米波段和2微米波段光纤奠定了良好基础。另外,基于制备的稀土掺杂玻璃,采用低温EPR和固态NMR技术,较好的表征测试了稀土离子周围局域环境的配位关系与成分的关系,系统研究了高能射线辐照下的缺陷产生和抑制机理,为制备耐辐照激光材料提供了理论和实验数据支撑。 

  2)稀土掺杂有源包层光纤的制备及性能研究 

      主要基于MCVD系统开展掺镱双包层光纤的制备技术研究,基于磷铝硅三元玻璃体系纤芯,发展分步掺杂工艺技术,优化调控磷、铝掺杂浓度,调控纤芯的折射率分布、有效折射率大小、掺杂浓度等,制备不同类型的光纤预制棒。通过摸索石英玻璃光纤的拉丝工艺,优化拉丝温度、张力、涂覆等工艺参数,提高光纤的综合性能。搭建完成光纤的光学、光谱、光致暗化及激光性能测试平台,具备测试常规光纤参数的能力。通过与光纤激光技术研究的实验室和公司开展密切合作,测试光纤的高功率激光性能、模式不稳定性、窄线宽激光输出性能及高效激光放大性能。在技术指标上具备万瓦级功率有源光纤的研制能力,在满足工程化应用方面具备较高的批次稳定性,已批量化满足高功率光纤激光器厂商应用需求,实现了进口有源光纤的国产化替代,提升了国内光纤激光技术的市场竞争力。在此基础上,创新研发了极低数值孔径大模场光纤、多包层掺镱大模场光纤、耐辐照有源光纤等特种光纤材料,推动实现军民融合,促进技术进步。 

  3)稀土掺杂大模场光子晶体光纤的制备及放大性能研究 

      高亮度大模场光子晶体光纤在超快光纤激光技术方面有着重要的应用价值,也是发展高平均功率、高峰值功率、高能脉冲光纤激光技术的核心材料,在国防和民用市场都具有十分重要的地位。目前,该类型的光纤产品基本给国外垄断,以NKT公司的产品为代表,售价极高,且对中国实行禁运和限售,严重制约了国内在该领域的发展。课题组依托前述创新研发的大直径稀土掺杂石英玻璃芯棒制备技术,采用堆垛法制备了大芯径光子晶体光纤,最大芯径尺寸超过100μm。区别于NKT的棒状光纤,课题组自研光纤,外径小于600μm,仍具备柔性弯曲性能。利用该光纤,实现了平均功率300W、峰值功率1.5MW以上的皮秒脉冲放大输出。目前,已推出纤芯直径45μm75μm的两款半定型掺镱光子晶体光纤。与国内多家大学和公司机构开展了合作研究,对脉冲激光放大过程中的功率稳定性、模式稳定性、端面塌缩及全光纤化等开展了研究。在超快光纤激光器、窄线宽激光放大、毫焦耳量级大脉冲能量光纤激光器研制方面具有潜在的应用价值。 

    

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