高功率窄線寬光纖激光在光束合成、非線性頻率變換等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用需求，近年來成為激光技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前，已有多家單位報(bào)道了千瓦級(jí) (以上) 量級(jí)的高功率窄線寬光纖激光。

2016 年，該課題組基于半導(dǎo)體直接泵浦方案實(shí)現(xiàn)了 1.89 kW線偏振窄線寬激光輸出，偏振消光比為 15.5 dB，3 dB激光線寬為 45 GHz；2018 年，課題組又基于同帶泵浦方案實(shí)現(xiàn)了 3.94 kW 高功率窄線寬激光輸出，滿功率輸出時(shí) 90 % 以上功率集中在寬度為 0.89 nm 的光譜范圍內(nèi)，但是模式不穩(wěn)定 (TMI) 引起了光束質(zhì)量的劣化。由于譜功率密度高、相干性好，窄線寬光纖激光系統(tǒng)存在受激布里淵散 射 (SBS)、受激拉曼散 射(SRS)、TMI 等多重非線性效應(yīng)，提升輸出功率的同時(shí)保持光束質(zhì)量面臨較大困難。

最近，該課題組基于白噪聲相位調(diào)制技術(shù)抑制SBS，引入高階模相對(duì)損耗抑制 TMI，實(shí)現(xiàn)輸出功率達(dá)~4125 W 的高功率、近單模窄線寬光纖激光輸出。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 1(a) 所示，通過對(duì)單頻種子施加白噪聲信號(hào)調(diào)制獲得中心波長(zhǎng)為 1 071.6 nm、功率為 20 mW的窄線寬種子 源 (Seed)；隨后經(jīng)過三級(jí)預(yù)放大器(P-As) 預(yù)放大到 ~40  W 后 經(jīng) 過 99.9∶0.1 的耦合 器(Coupler) 和模式匹配器 (MFA) 后注入主放大器；耦合器 (Coupler) 的 0.1% 端口用以監(jiān)測(cè) (Monitor) 放大過程中的回光變化；主放大器選用 20/400 μm 增益光纖(YDF，NA~0.061)，采取雙向泵浦方式抽運(yùn)，前后向泵浦功率配比約為 1∶2；前后向殘余的包層光通過濾除器 (CLS1、CLS2) 濾除，放大輸出激光通過光纖端帽和準(zhǔn)直器 (Endcap+CO) 輸出到自由空間。輸出功率與泵浦功率的關(guān)系如圖 1(b) 所示，系統(tǒng)最大輸出功率為 4125 W，對(duì)應(yīng)的主放大器斜率效率為~74%。滿功率輸出時(shí)的光譜測(cè)量結(jié)果如圖 1(c) 所示，3 dB 線寬為~0.44 nm，在光譜信噪比達(dá) 55 dB 時(shí)沒有觀察到明顯的 SRS 效應(yīng)；此外，圖 1(c) 給出了最高功率下輸出激光的遠(yuǎn)場(chǎng)光斑分布，M2 因子測(cè)量值為 1.23。進(jìn)一步功率提升可能會(huì)面臨 TMI 或 SRS 效應(yīng)的制約，對(duì)上述兩種效應(yīng)的進(jìn)一步權(quán)衡優(yōu)化是下一步的工作重點(diǎn)。