高功率全光纤超荧光源的基础理论及关键技术研究

Traditionally, fiber superfluorescent source is a low output power single-mode fiber source with low conversion efficiency (less than 40%), wide emission spectrum and low coherence length . For the first time in the world, the project applicant achieved high power, high conversion efficiency (67%), single-mode, single polarized fiber superfluorescent output, which makes it possible for the fiber superfluorescent sources to have applications in the area of materials processing and military defence. The project will work on the mechanism of the fiber superfluorescence generation, improve the design of the superfluorescent fiber source, and develop multi-hundred watts level single-mode all-fiber superfluorescent fiber amplifier, by taking advantage of the stability of the superfluorescence output without relaxation oscillation, longitudinal cavity mode and mode hopping, and this will make it a new type high-power fiber laser source with properties of both fiber superfluorescent source and fiber laser. At the same time, the project will develop narrow linewidth (<0.01 nm) high power fiber superfluorescent source, clarify the inhibition mechanism of stimulated Brillouin scattering in these fibers, and make a solid theoretical and experimental foundation for further multi-beam combining to ten thousand watts of high power output.

传统意义上的光纤超荧光源是一种低输出功率（百毫瓦级）、低转换效率（小于40%）、宽发射光谱（数十纳米）、低相干长度的单模光纤光源。项目申请人在国际上首次实现了高功率（百瓦级）、高转换效率（67%）、单模、单偏振的光纤超荧光输出，使高功率光纤超荧光源在材料加工、军事国防等领域得以应用成为可能。本项目将进一步探讨光纤超荧光的产生机理，改进光纤超荧光种子源的设计，充分利用光纤超荧光源输出稳定、无驰豫振荡、无自脉冲、无纵向腔模、无纵模跳跃以及极高的单程光纤增益等特性，研制数百瓦级单模全光纤结构超荧光光纤放大器，使之成为一种兼具荧光及激光特性的新型高功率光纤激光源。同时，将研制窄线宽（小于0.01纳米）高功率光纤超荧光源，阐明此类光源抑制光纤中受激布里渊散射的机理，并用此类光源进行多光束光谱合成的理论及实验研究，为进一步实现多光束合束万瓦级高功率光纤激光输出奠定坚实的理论与实验基础

高功率超荧光源作为一种新型光源，在激光医疗、材料加工、军事国防等领域得到越来越广泛的关注。本项目主要进行了高功率超荧光源及其关键技术的理论及实验研究，同时进行了窄线宽超荧光源对SBS抑制效应的相关研究。项目实施期间共发表学术论文61篇，其中在Optics Letters、Optics Express等国际知名光学期刊上发表学术论文45篇，目前论文已被SCI引用300余次，单篇最高SCI引用55次。所取得的主要成果如下：.1.研制出1.0μm百瓦级全光纤结构宽带超荧光源，最大输出功率102W，在此基础之上，使用主振荡放大技术成功实现837W宽带高功率光纤超荧光源，中心波长1068nm，成功实现两路200W级窄带高功率光纤超荧光源，两路输出功率均为225.8W；同时利用光谱合束技术，最终实现平均功率406W超荧光输出，光谱合束效率87%；.2.实现了2.0μm百瓦级宽带/窄带掺铥光纤超荧光源，输出功率122W；.3.研制出高功率波长可调谐的窄线宽掺铥光纤超荧光源，波长调节范围1940-2010 nm，最大输出功率364W；.4.研制出当时最高运转功率的2.0μm拉曼光纤放大器，最高输出功率14.3W，斜效率38.5%；.5.成功实现运转功率达210W的单频掺铥光纤激光器，其输出波长2000.9μm；.6.对SBS产生过程及抑制机制进行了理论分析和数值模拟，明确了窄线宽ASE对抑制SBS效应具有一定的作用，定性的说明了SBS的产生与光纤长度、激光功率、偏振态之间的关系，对比了超荧光源与传统激光光源的本质区别，为SBS抑制问题提供了理论基础及实验依据。