工業光纖激光器

第1章 工業光纖雷射器概述/1
1.1工業光纖雷射器的定義和分類/1
1.2單模光纖雷射器與多模光纖雷射器/3
1.3工業光纖雷射器上下游產業鏈/5
1.4工業光纖雷射器的特點/6
1.5工業光纖雷射器的結構/7
1.5.1調Q納秒級脈衝光纖雷射器的結構/7
1.5.2超快光纖雷射器的結構/8
1.5.3大功率連續光纖雷射器的結構/9
1.5.4大功率窄線寬光纖雷射器的結構/12
1.6工業光纖雷射器的發展趨勢/13
參考文獻/14

第2章 工業光纖雷射器的核心材料/15
2.1主動光纖、被動光纖和光敏光纖/15
2.1.1主動光纖的定義、用途和種類/15
2.1.2主動光纖內包層形狀/19
2.1.3被動光纖/20
2.1.4光敏光纖/21
2.2光子晶體光纖/23
2.2.1光子晶體光纖的結構/23
2.2.2光子晶體光纖的分類/24
2.2.3光子晶體光纖的特性/25
2.2.4雙包層摻鐿光子晶體在光纖雷射器中的應用/26
2.3雙包層摻鐿光纖的製備/28
2.3.1光纖預製棒製備/28
2.3.2摻鐿光纖拉絲技術/33
工業光纖雷射器目錄2.4工業光纖雷射器所用大模場增益光纖的新進展/34
2.4.1低NA大模場摻鐿光纖/34
2.4.2纖芯部分摻雜光纖/35
2.4.33C光纖/36
2.4.4GTWave光纖/39
2.4.5多芯摻鐿光纖/41
2.4.6臺階式鐿摻雜磷矽酸鹽二元光纖/42
2.4.7無光致暗化Yb/Ce/P共摻雜鋁矽酸鹽光纖/48
2.4.8圓形內包層改性大模場摻鐿光纖/53
2.4.9三包層摻鐿光纖/59
2.4.10長錐形增益光纖/61
2.5光纖基本的技術指標/66
2.5.1數值孔徑/66
2.5.2模場直徑/66
2.5.3歸一化頻率/71
2.6工業光纖雷射器用的光纖塗料/71
2.6.1常用的光纖塗料/71
2.6.2改性的低折射率光纖塗料/73
2.7晶體材料/73
參考文獻/75

第3章 工業光纖雷射器的關鍵器件/81
3.1高亮度大功率半導體鐳射泵浦源/81
3.1.1高功率半導體鐳射晶片/81
3.1.2光纖耦合及封裝/94
3.1.3鎖波長976 nm技術/99
3.1.4半導體鐳射泵浦源失效的主要機理/101
3.2信號/泵浦耦合器/105
3.2.1側面泵浦耦合技術/105
3.2.2端泵(N+1)×1信號/泵浦耦合器/111
3.3鐳射功率光纖合束器/115
3.3.1光纖泵浦光合束器/116
3.3.2光纖信號光合束器模擬/119
3.3.3光纖信號光合束器的製作/127
3.3.4影響鐳射功率光纖合束器性能的因素/132
3.3.5M2＜3的萬瓦光纖信號光合束器/133
3.4模場適配器/135
3.4.1光纖加熱擴芯技術/135
3.4.2光纖拉錐技術/138
3.4.3加熱擴芯技術製作模場適配器/146
3.4.4拉錐技術製作模場適配器/148
3.4.5拉錐+加熱擴芯技術製作模場適配器/149
3.4.6拉錐+過渡光纖+加熱擴芯技術製作模場適配器/149
3.5.1基於折射效應的剝離技術/150
3.5.2基於吸收效應的剝離技術/152
3.5.3基於散射效應的剝離技術/153
3.5.4基於折射效應結合散射效應的剝離技術/156
3.5.5大功率光纖雷射器用的包層光剝離器/157
3.6雙包層光纖光柵/160
3.6.1刻寫光纖光柵的鐳射光源/160
3.6.2光纖載氫和光柵退火/161
3.6.3全息干涉法刻寫光纖光柵/163
3.6.4相位掩模法刻寫光纖光柵/163
3.6.5飛秒鐳射刻寫雙包層光纖光柵/165
3.6.6相位掩模法制作雙包層光纖光柵實驗/170
3.7光纖耦合聲光調製器/172
3.7.1聲光調製器基本原理/172
3.7.2光纖耦合聲光調製器簡介/173
3.7.3插入損耗和消光比/174
3.7.4驅動電路/175
3.8光纖耦合隔離器/179
3.8.1光隔離器的類型及工作原理［51］/180
3.8.2光纖耦合隔離器關鍵器件和材料選擇/187
3.8.3光纖耦合隔離器主要參數及測試方法/189
3.9鐳射光纖傳輸介面/190
3.9.1QBH介面/191
3.9.2QD介面/192
3.9.3QCS介面/194
3.9.4LLK系列介面/194
3.10工業光纖鐳射焊接頭、切割頭/195
3.10.1工業光纖鐳射焊接頭/195
3.10.2工業光纖鐳射切割頭/197
參考文獻/203

第4章 工業光纖雷射器的核心技術/208
4.1光纖雷射器中非線性效應現象和產生機理/208
4.1.1受激拉曼散射/208
4.1.2受激布裡淵散射/213
4.2光纖雷射器中的模式不穩定現象和產生機理/217
4.2.1模式不穩定現象/217
4.2.2模式不穩定原理研究進展/218
4.3振盪級泵浦方式、非線性數值類比及實驗研究/224
4.3.1振盪級泵浦方式/224
4.3.2振盪級腔內功率分佈理論模型/224
4.3.3正向、反向、雙向泵浦振盪級腔內功率分佈數值模擬/227
4.3.4振盪級受激拉曼散射理論模型/230
4.3.5振盪級正向、反向、雙向泵浦的SRS數值模擬/232
4.3.6振盪級正向、反向、雙向泵浦的SRS實驗研究/234
4.3.7振盪級受激布裡淵散射理論模型、數值類比/236
4.4放大級的泵浦方式和放大倍數/240
4.5非線性抑制技術/250
4.5.1抑制非線性的方法/250
4.5.2連續光纖雷射器抑制非線性的實驗研究/259
4.6模式控制技術/261
4.6.1模式控制技術進展/261
4.6.2連續光纖雷射器模式控制實驗研究/269
4.7雙包層光纖光柵性能參數對光纖雷射器的影響/283
4.7.1雙包層光纖布拉格光柵的工作原理/283
4.7.2反射率參數對光纖雷射器的影響/285
4.7.3中心波長對光纖雷射器的影響/286
4.7.4頻寬參數對光纖雷射器的影響/287
4.8半導體鐳射泵浦源的波長對光纖雷射器的影響/288
4.9光纖的散熱技術/291
4.10背向反射光隔離技術/295
4.11調Q脈衝光纖雷射器脈衝整形技術/299
4.11.1調Q脈衝光纖雷射器的數值分析/300
4.11.2調Q脈衝光纖雷射器的脈衝整形實驗研究/311
4.12納秒級脈衝光纖雷射器技術/317
4.12.1調Q技術的基本原理/317
4.12.2主動調Q脈衝光纖雷射器/319
4.12.3對調製的單模半導體雷射器輸出功率進行放大/326
4.12.4脈衝泵浦的脈衝光纖放大器/330
4.12.5直接增益調製脈衝光纖雷射器/337
4.12.6基於光纖可飽和吸收體的脈衝光纖雷射器/341
4.13窄線寬摻鐿光纖雷射器中的相位調製技術/347
4.14鎖模光纖雷射器關鍵技術/356
4.14.1主動鎖模技術/356
4.14.2被動鎖模技術/358
4.14.3混合鎖模技術/363
4.14.4可調被動鎖模技術/364
參考文獻/366

第5章 工業光纖雷射器製造的主要工藝/377
5.1光纖塗覆層剝除、切割、清洗和再塗覆/377
5.2光纖熔接/379
5.3熔接點熱分析/383
5.4大功率光纖雷射器安全監測/385
5.5光纖端帽製作工藝/388
5.5.1光纖端帽的基本結構/388
5.5.2鐳射在光纖端帽中的傳輸特性/389
5.5.3光纖端帽的製作工藝/393
5.5.4大功率光纖端帽的性能測試/395
5.6增益光纖盤繞/398
參考文獻/401

第6章 主要技術參數測試技術/402
6.1信號/泵浦耦合器技術參數測試/402
6.1.1耦合效率測試/402
6.1.2信號光插入損耗測試/403
6.1.3附加損耗測試/404
6.1.4方向性測試/404
6.1.5穩定性測試/405
6.2半導體鐳射泵浦源的主要技術參數及測試方法/405
6.3雙包層光纖光柵的性能測試/409
6.4雙包層光纖參數測試/415
6.4.1光纖折射率分佈測試/415
6.4.2摻鐿光纖損耗測試/416
6.4.3摻鐿光纖包層泵浦吸收係數測試/418
6.4.4摻鐿光纖斜效率測試/418
6.5增益光纖光致暗化測試/420
6.5.1光致暗化效應測試方法/420
6.5.2光致暗化粒子數反轉模擬/422
6.5.3泵浦方式選擇/424
6.5.4泵浦功率選擇/426
6.5.5待測光纖長度/427
6.5.6測試方法的重複性和穩定性/429
6.5.7光致暗化效應測試資料/432
6.6光束品質測試/433
6.6.1聚焦光斑尺寸與遠場發散角/433
6.6.2M2因數/434
6.6.3光束參數積與光束聚焦特徵參數值/437
6.6.4衍射極限倍數β因數/439
6.6.5光束傳輸因數/440
6.6.6桶中功率和環圍能量比/440
6.6.7Strehl比/441
6.6.8光束品質參數之間的關係/441
6.6.9光束品質測試儀及其發展狀況/442
6.7脈衝光纖雷射器的信噪比、寬度和重複頻率測量/443
6.7.1信噪比測量/443
6.7.2納秒量級脈衝寬度和重複頻率的測量/445
6.7.3飛秒光纖雷射器脈衝寬度的測量/448
6.8工業光纖雷射器散熱及拷機老化技術/453
6.8.1散熱技術/453
6.8.2拷機老化技術/459
參考文獻/461

第7章 工業大功率光纖雷射器/464
7.1單腔單模3500 W工業光纖雷射器/464
7.2單纖輸出萬瓦光纖雷射器/466
7.3光纖合束少模萬瓦光纖雷射器/469
7.4大功率窄線寬光纖雷射器/475
7.5光纖合束30 kW多模工業光纖雷射器/478
7.6光纖合束100 kW多模工業光纖雷射器/480
7.71 kW/ 2 kW調Q脈衝光纖雷射器/482
7.7.1雙聲光調Q 500 W脈衝光纖雷射器/482
7.7.2同步合束1000 W調Q脈衝光纖雷射器/492
7.7.3同步合束2000 W調Q脈衝光纖雷射器/494
7.8100 W飛秒脈衝光纖雷射器/497
參考文獻/499

閆大鵬

武漢銳科光纖雷射技術股份有限公司副董事長、總工程師，華中科技大學武漢光電國家研究中心教授，博士生導師，高級光學工程師，高級系統工程師，享受國務院政府特殊津貼，國家級有突出貢獻中青年專家。第十三屆全國人大代表，武漢市科學技術協會第九屆委員會副主席（兼），湖北省僑聯第十屆委員會副主席（兼），武漢市第十三屆政協委員。獲得國家科學技術獎二等獎1項，湖北省科技進步特等獎等省部級科學技術獎多項。2020年，獲得全國勞模榮譽稱號，獲湖北省科學技術突出貢獻獎。