5.1 kW单块掺镱光纤放大器在1100 nm波长的突破：为光谱合成系统提供高亮度激光源

本文报道了基于主振荡功率放大器（MOPA）结构的5.1 kW级1100 nm全光纤放大器，通过优化掺镱光纤（YDF）长度和采用981 nm波长稳定激光二极管（LD）双向泵浦，在抑制受激拉曼散射（SRS）和横向模式不稳定性（TMI）的同时，实现了75.7%的斜率效率和23.5 dB的光信噪比（OSNR），光束质量因子M2x/M2y达2.39/2.33，为光谱合成技术提供了关键光源参考。

　　

Highlight

本研究首次展示了基于MOPA结构的5.1 kW单块掺镱光纤（YDF）放大器，其发射波长为1100 nm。通过优化YDF长度平衡泵浦吸收与受激拉曼散射（SRS）抑制，并采用981 nm激光二极管（LD）双向泵浦提升横向模式不稳定性（TMI）阈值，最终实现斜率效率75.7%、光信噪比（OSNR）23.5 dB的高性能输出，光束质量M²_x/M²_y为2.39/2.33。实验表明，SRS会通过光谱展宽和斯托克斯光功率转移显著劣化光束质量。

Experimental setup

基于MOPA配置搭建的1100 nm光纤放大器如图1所示。振荡器种子腔由一对中心波长分别为1100.09 nm和1099.98 nm的光纤布拉格光栅（FBG）构成，高反（HR）FBG和输出耦合（OC）FBG的反射率分别为99.86%和10.87%，3 dB带宽分别为4 nm和2.05 nm。宽带光栅设计增强了时序稳定性。

Design and construction of the 1100 nm fiber oscillator

构建1100 nm光纤振荡器时，需考虑谐振腔内YDF长度对放大自发辐射（ASE）和SRS的影响。通过"seefiberlaser"软件模拟发现：当YDF长度从15 m增至25 m时，ASE抑制比从35 dB降至28 dB，而SRS抑制比从42 dB急剧下降至22 dB。最终选用23 m YDF实现ASE与SRS的最佳平衡。

Conclusion

我们首次实现了基于MOPA结构的5.1 kW单块1100 nm光纤放大器，系统优化YDF长度在保证泵浦吸收的同时有效抑制SRS。采用981 nm LD双向泵浦机制将TMI阈值提升至千瓦级，23 m YDF实现75.7%斜率效率和73.5%光-光转换效率，光束质量M²_x/M²_y保持在2.39/2.33。该工作为突破传统波段的多千瓦级光纤放大器提供了重要设计范式。