22 GHz窄线宽全光纤激光器实现2.62 kW近衍射极限输出

楚秋慧，廖若宇，舒  强，陶汝茂，颜冬林，李峰云，林宏奂，温  静，王建军，景  峰

（中国工程物理研究院 激光聚变研究中心，四川 绵阳 621900）

由于受到物理因素和技术因素等方面的影响，单纤激光的输出功率很难进一步提升。目前，实现光纤激光器输出功率进一步提升的有效方法是光束合成。为保证光束合成的效率和质量，要求合成激光子束具有窄线宽和高光束质量的特性，且光谱线宽越窄，合成效果越好。目前，基于全光纤结构的光纤激光器最高输出功率达到3.7 kW，但是其光谱线宽为80 GHz，而20 GHz线宽的全光纤激光器的最高输出功率为2.19 kW（22.8 GHz），但是其输出光束质量较差（M²=1.46）。最近，我们通过SBS抑制和模式控制技术，在22 GHz线宽下实现了2.62 kW激光输出，光束质量接近衍射极限。

基于主振荡功率放大结构搭建了1 064 nm窄线宽光纤激光系统，种子源线宽为21.7 GHz，通过对SBS效应和MI效应进行控制，最终得到了2.62 kW窄线宽激光输出，输出功率与返回光功率随泵浦功率变化如图1所示。当泵浦功率为3 450 W时，激光器的输出功率为2 625 W，光光效率为76%，输出功率增长过程中，返回光功率由于SBS效应呈现非线性增长趋势。

图1 激光输出功率与返回功率随泵浦功率的变化

不同输出功率下的输出光谱和返回光光谱如图2所示。从输出光谱上看，随着输出功率的提升，输出光谱线宽不变，当输出功率为2 625 W时，光谱线宽仍为21.7 GHz。从返回光光谱上看，随着输出功率的增加，返回光光谱强度增加，当输出功率达到2 625 W时，返回光光谱中产生自脉冲峰，这说明该实验系统的SBS阈值为2 625 W，输出功率的进一步提升受限于SBS效应。

图2光纤激光器中放大级的功率输出曲线和不同输出功率下的输出光谱

不同输出功率下的光束质量如图3所示。种子源的光束质量为M_x²=1.217，M_y²=1.208，随着输出功率的增加，激光光束质量没有发生明显劣化，在最高输出功率下，光束质量为M_x²=1.273，M_y²=1.255，在激光功率增长过程中没有发生MI效应。

图3 窄线宽光纤激光器不同输出功率下的光束质量

综上所述，我们基于主振荡功率放大结构实现了2.62 kW窄线宽激光输出，光谱线宽为21.7 GHz，光束质量接近衍射极限，这是全光纤激光器在该光谱线宽下实现的最高输出功率。输出功率的进一步提升受限于SBS效应，下一步我们还将进一步探索SBS效应的抑制方法，实现更高功率激光输出。