近日，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機械研究所高功率激光單元技術(shù)實驗室，在基于微結(jié)構(gòu)空芯光纖的高功率激光傳能研究中取得新進展。研究團隊利用自研低損反諧振空芯光纖，成功實現(xiàn)了3米長度以上1微米波長300W連續(xù)光激光的單模柔性傳輸，相關(guān)研究成果發(fā)表于近期《光學(xué)快訊》（Optics Express）。
傳統(tǒng)光纖由石英材料制成，在長距離大功率激光傳能應(yīng)用中，其較強的光學(xué)非線性效應(yīng)引發(fā)的波長轉(zhuǎn)換與激光損傷，從根本上限制了石英光纖的激光傳輸能力。近些年發(fā)展的大芯徑空芯光纖將能量束縛于中空的纖芯中，為激光能量提供了一個類似自由空間傳輸?shù)沫h(huán)境，使空芯光纖在激光傳輸過程中具有極高的損傷閾值，極低的非線性和較低的色散，在大功率和超快激光傳輸應(yīng)用中具有巨大的潛力。
在本工作中，研究人員采用4－f透鏡系統(tǒng)，將1080 nm連續(xù)光工業(yè)光纖激光器輸出光束經(jīng)縮放后耦合入低損空芯反諧振光纖，從實驗和理論兩方面系統(tǒng)探索和討論了低損空芯反諧振光纖近紅外大功率激光傳能中的表現(xiàn)。上海光機所自制的反諧振空芯光纖在1080 nm波長具有單模傳輸特性，傳輸損耗約0.05dB／m。在375 W入射功率條件下，反諧振空芯光纖耦合效率可達80％以上，實驗中完成了1小時無損、穩(wěn)定的單模柔性傳輸；在300W以下入射功率條件下，反諧振空芯光纖可實現(xiàn)10小時以上激光功率穩(wěn)定傳輸，無任何激光損傷。實驗證明，反諧振空芯光纖輸出的激光光束質(zhì)量一般優(yōu)于激光光源光束質(zhì)量。本研究為進一步發(fā)展基于空芯光纖的千瓦級高功率激光傳能打下了扎實的研究基礎(chǔ)。
本研究得到了國家自然科學(xué)基金、中國科學(xué)院前沿科學(xué)重點研究項目、上海大學(xué)光纖與先進通信國際合作聯(lián)合實驗室的支持。
圖1 反諧振空芯光纖傳輸損耗測量圖（插圖為反諧振空芯光纖電鏡圖）
圖2 基于空芯光纖的高功率能量傳輸實驗裝置圖
圖3 基于空芯光纖的高功率能量傳輸?shù)妮敵龉β逝c耦合效率隨輸入功率變化圖
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