MOPA光纤激光技术-文献综述解读课件.ppt

1、MOPA光纤激光技术光纤激光技术目录目录MOPA技术简介技术简介12 国内外国内外MOPA技术的发展和现状技术的发展和现状3MOPAMOPA光纤放大器关键环节和技术难点光纤放大器关键环节和技术难点MOPA光纤激光技术研究趋势及热点光纤激光技术研究趋势及热点4MOPA技术简介技术简介v随着激光器研究的深入，在某些应用领域要求激随着激光器研究的深入，在某些应用领域要求激光束具有很高的功率。通常采用的增加激光工作光束具有很高的功率。通常采用的增加激光工作物质，利用调物质，利用调Q技术或者锁模技术，都可以提高技术或者锁模技术，都可以提高激光输出功率，但都存在一些困难和弊端。为了激光输出功率，但都存在一

2、些困难和弊端。为了获得性能优良的高能量激光，应用激光放大技术获得性能优良的高能量激光，应用激光放大技术则是一种最佳的方法。则是一种最佳的方法。MOPA技术简介技术简介vMOPA Master Oscillator Power-Amplifier 主振荡-功率放大技术 采用性能优良的小功率激光器作为种子源，种子激光注入单级或者多级光纤放大器系统，最终实现高功率放大的激光技术。MOPAMOPAMOPA技术简介技术简介v典型典型MOPA光纤激光系统示意图光纤激光系统示意图 通常由种子源、泵浦源、增益介质光纤、光隔离通常由种子源、泵浦源、增益介质光纤、光隔离器及耦合系统等部分组成器及耦合系统等部分组成

3、MOPA技术简介技术简介固体固体激光器激光器光纤光纤激光器激光器半导体半导体激光器激光器种子源只提供较低功率能量的激光输出，但要求种子光具备较好的光束质量、较窄的线宽以及较高的稳定性v种子源种子源MOPA 基于行波放大原理（受激辐射？），纤芯内的掺稀土离子在泵浦激光的作用下处于粒子数反转状态，当信号激光沿光纤传输时，由于其频率特性与双包层掺杂光纤的增益谱线相重合，发生受激辐射而被有效放大。双包层光纤结构和包层泵浦技术原理示意图双包层光纤结构和包层泵浦技术原理示意图MOPAMOPA技术简介技术简介v双包层光纤技术双包层光纤技术v高功率高功率MOPA光纤激光器优势光纤激光器优势MOPA技术简介技术

4、简介231输出功率可大可输出功率可大可小，因而输出光小，因而输出光较易做到所需的较易做到所需的时域、频域特性时域、频域特性和保持良好的光和保持良好的光束质量束质量 在保证了输出光在保证了输出光的高光束质量的的高光束质量的同时又实现了高同时又实现了高功率、高能量输功率、高能量输出出 获得的高能量脉获得的高能量脉冲激光与种子光冲激光与种子光源的激光波长、源的激光波长、重复频率相同，重复频率相同，而且时域脉冲的而且时域脉冲的形状和宽度也几形状和宽度也几乎不变。乎不变。目录目录MOPA技术简介技术简介12 国内外国内外MOPA技术的发展和现状技术的发展和现状3MOPAMOPA光纤放大器关键环节和技术难

5、点光纤放大器关键环节和技术难点MOPA光纤激光技术研究趋势及热点光纤激光技术研究趋势及热点4MOPA光纤放大器关键环节和技术难点光纤放大器关键环节和技术难点高功率扩展高功率扩展增益光纤的选型增益光纤的选型非线性效应抑制非线性效应抑制自激震荡抑制自激震荡抑制包层泵浦技术包层泵浦技术ASE抑制抑制难点难点MOPAMOPAMOPA光纤放大器关键环节和技术难点光纤放大器关键环节和技术难点v包层泵浦技术包层泵浦技术端端面面泵泵浦浦透镜组耦合方式透镜组耦合方式直接熔接耦合方式直接熔接耦合方式多模熔锥侧面耦合多模熔锥侧面耦合光纤斜剖面耦合光纤斜剖面耦合MOPA光纤放大器关键环节和技术难点光纤放大器关键环节和

6、技术难点侧侧面面泵泵浦浦MOPA嵌入反射镜侧面耦合嵌入反射镜侧面耦合V V型槽侧面耦合型槽侧面耦合耦合效率达耦合效率达76%耦合效率达到耦合效率达到80%，但，但要求较高的加工精细度要求较高的加工精细度和稳定度和稳定度MOPA光纤放大器关键环节和技术难点光纤放大器关键环节和技术难点侧侧面面泵泵浦浦MOPAMOPA光纤放大器关键环节和技术难点光纤放大器关键环节和技术难点V型槽、嵌入反射镜和角度磨抛型槽、嵌入反射镜和角度磨抛侧泵方式侧泵方式熔锥侧面泵浦熔锥侧面泵浦透镜组端面耦合方式透镜组端面耦合方式 简单可靠，最佳选择简单可靠，最佳选择制作难度较大，制作难度较大， 成本较高成本较高破坏光纤的机械性

7、，破坏光纤的机械性，造成泵浦点造成泵浦点损耗损耗V型槽、嵌入反射镜和型槽、嵌入反射镜和角度磨抛侧泵方式角度磨抛侧泵方式熔锥侧面泵浦熔锥侧面泵浦透镜组端面耦合方式透镜组端面耦合方式 MOPAvASE和自激振荡抑制和自激振荡抑制 MOPA光纤放大器关键环节和技术难点光纤放大器关键环节和技术难点21影响强度噪声特性影响强度噪声特性消耗反转粒子数消耗反转粒子数前级或种子源不稳定前级或种子源不稳定减小端面反射减小端面反射控制模式竞争控制模式竞争方法方法MOPAMOPA受激布里受激布里渊散射渊散射 受激拉受激拉曼散射曼散射 克尔效应克尔效应 自相位自相位调制调制 方法方法增大纤芯的有效模场面积减增大纤芯的

8、有效模场面积减小光纤长度小光纤长度 v非线性效应和高功率扩展限制非线性效应和高功率扩展限制 MOPA光纤放大器关键环节和技术难点光纤放大器关键环节和技术难点目录目录MOPA技术简介技术简介12 国内外国内外MOPA技术的发展和现状技术的发展和现状3MOPAMOPA光纤放大器关键环节和技术难点光纤放大器关键环节和技术难点MOPA光纤激光技术研究趋势及热点光纤激光技术研究趋势及热点4MOPA国内外高功率国内外高功率MOPA光纤激光技术的发展和现状光纤激光技术的发展和现状研究单位研究单位年份年份实验结果实验结果Jeam大学大学2008种子源：种子源：NPRO；采用三级放大；获得；采用三级放大；获得1

9、kw连续连续激光输出；斜率效率激光输出；斜率效率77%2009种子源：种子源：NPRO；采用四路放大：获得；采用四路放大：获得1.98kw连连续激光输出；光束质量续激光输出；光束质量M22.0v 国外国外 连续连续国内外高功率国内外高功率MOPA光纤激光技术的发展和现状光纤激光技术的发展和现状v 国内国内 连续连续清华大学级联连续光清华大学级联连续光MOPAMOPA系统系统研究单位研究单位年份年份实验结果实验结果清华大学清华大学2007获得获得175w连续激光输出连续激光输出2008采用两级放大；获得采用两级放大；获得300.7w连续激光输出（波长连续激光输出（波长1085nm，M22; 光光

10、-光光65%）MOPA国内外高功率国内外高功率MOPA光纤激光技术的发展和现状光纤激光技术的发展和现状v 国外国外 连续（单频）连续（单频）英国南安普敦大学英国南安普敦大学MOPA光纤激光器系统光纤激光器系统 研究单位研究单位年份年份实验结果实验结果英国南安普敦大英国南安普敦大学学 2005连续单频连续单频264w激光输出激光输出2007连续单频连续单频511w激光输出激光输出美国美国2008连续单频连续单频600w激光输出；光束质量激光输出；光束质量M21.05MOPA国内外高功率国内外高功率MOPA光纤激光技术的发展和现状光纤激光技术的发展和现状v 国内国内 连续（单频）连续（单频） 20

11、06年北京理工大学采用年北京理工大学采用NPRO作为种子源，获作为种子源，获得了得了6.65w单频连续激光输出；单频连续激光输出；2007年输出功率提年输出功率提高到高到16.1wMOPAMOPA研究机构研究机构种子源类型种子源类型平均功率峰值平均功率峰值功率功率重复频率重复频率脉冲宽度脉冲宽度德国德国德国德国Jena大学大学调调QNd：YAG微片激光器微片激光器50W350kHz70300ns被动锁模被动锁模Nd d：YVO 激光器激光器-80MHz10psNd：glass激光器（基于可饱和激光器（基于可饱和吸收体）吸收体）100mW75MHz180fsSouthampton大学大学锁模掺镱

12、光纤激光器锁模掺镱光纤激光器-50MHz150fs美国美国Aculight公司公司被调动被调动QNd ：YAG微片激光器微片激光器13.4kHz520ps被调动被调动QNd：LSB薄片激光器薄片激光器9.7kHz1ns上光所上光所调调Q脉冲激光器脉冲激光器1W20100 kHz-清华大学清华大学调调QNd：YV10W20100 kHz3040ns国内外脉冲国内外脉冲MOPA系统实验情况一览系统实验情况一览 国内外高功率国内外高功率MOPA光纤激光技术的发展和现状光纤激光技术的发展和现状目录目录MOPA技术简介技术简介12 国内外国内外MOPA技术的发展和现状技术的发展和现状3MOPA光纤激光技术研究趋势及热点光纤激光技术研究趋势及热点4MOPAMOPA光纤放大器关键环节和技术难点光纤放大器关键环节和技术难点MOPA光纤激光技术研究趋势及热点光纤激光技术研究趋势及热点v 为了切实应用需求主要研究方向将集中在三个方面1种子源激光种子源激光器的结构和器的结构和选型选型2全光纤系统全光纤系统高功率运转高功率运转3主放大级主放大级研究研究MOPAMOPA