高功率(MW)超辐射脉冲超大模场光纤传输与放大特性研究

展开MW级高峰值功率超辐射脉冲光纤光源的理论和实验研究。首先建立适合高功率超辐射脉冲超大模场光纤传输与放大过程的物理模型，该模型通过光强分布将光纤波动方程、全光谱速率方程和非线性方程联系起来，同时考虑多模空间烧孔和时间纵向烧孔、多光谱以及非线性效应的动力学机制，从而能够探求模式色散、光谱色散、波形畸变、模式畸变等激光输出特性在不同光纤参数、泵浦参数、以及非线性效应等条件下的理论规律；结合理论研究结果设计实验方案，拟获得波长1.06μm，光谱线宽大于10nm、脉冲重复频率可调、脉宽ns量级、利用芯径百微米级的超大模场光纤放大得到的脉冲峰值功率MW级，高空间相干性、低时间相干特性的光源。

提出了超辐射（发光）脉冲放大（SPA: Super-irradiation Pulse Amplification）的新技术，即以具有连续光谱特性的超辐射/超荧光/自发辐射发光（Superflourence/ Spontaneous/Superluminescent）等超辐射或者超发光（Super-irradiation）脉冲作为种子光源，采用掺杂的激光光纤实施脉冲的光放大(Power Amplification)，得到大能量、高功率的脉冲激光输出。即建立了超发光放大脉冲光纤激光器的理论模型。研究了光纤SPA的全光谱瞬态行波放大物理过程，分析了光纤增益放大的非线性效应和光损伤。结果表明，SPA技术是一项实现大能量、高峰值功率脉冲光纤激光器的新途径，可使光纤激光器的脉冲能量和峰值功率成倍提高，有效地解决了实现大能量脉冲光纤激光的难题。.基于SPA技术和多项自主专利技术，采用国产超大芯径光纤、自行研制大芯径光纤合束器、大芯径高功率隔离器等元器件，研制出了峰值功率10MW的大能量宽光谱纳秒级脉宽的脉冲光纤激光器，大能量脉冲光纤激光器的脉冲峰值功率高、稳定性好，技术指标为：波长1.06μm，光谱宽度10nm，脉冲能量50mJ（62.2mJ），峰值功率5MW，脉冲宽度10ns（12ns），重复频率10Hz，能量不稳定度±0.4%，峰值功率不稳定度±1.5%，光束质量10倍衍射受限；其峰值功率为纳秒光纤激光的目前国际最高水平。