李浩、趙蓉與陳金寶、王澤峰等人組成的團(tuán)隊(duì)在《光電前沿》期刊發(fā)表研究成果，利用飛秒激光直寫技術(shù)制備的復(fù)合光柵，成功將受激拉曼散射（SRS）抑制型高功率光纖振蕩器的輸出功率提升至9050瓦，創(chuàng)下該類型器件紀(jì)錄。

受激拉曼散射是限制高功率光纖振蕩器進(jìn)一步提升輸出的核心障礙。在振蕩腔內(nèi)，信號(hào)光在摻雜光纖中傳輸時(shí)會(huì)通過非線性散射將能量轉(zhuǎn)移至更長波長的拉曼光，導(dǎo)致功率與效率下降、光譜畸變，甚至可能損壞系統(tǒng)。由于光纖振蕩器在高端制造中具有結(jié)構(gòu)緊湊、控制邏輯簡單及抗反射能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，在諧振腔內(nèi)部實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的SRS抑制已成為行業(yè)優(yōu)先方向。

目前主流方案是采用啁啾傾斜光纖布拉格光柵（CTFBG）作為腔內(nèi)光譜濾波器。與傳統(tǒng)耦合前后向纖芯光的常規(guī)光柵不同，CTFBG將前向纖芯光耦合至后向包層模，從而濾除拉曼波長光并允許信號(hào)光通過。相比長周期光纖光柵，CTFBG對(duì)溫度和應(yīng)力不敏感，在高溫振動(dòng)的激光頭中光譜穩(wěn)定性更佳。但其制備長期依賴紫外激光相位掩模技術(shù)，需進(jìn)行氫氣加載和高溫退火。若退火不徹底，殘留的氫氧根會(huì)吸收近紅外光產(chǎn)生熱量，限制光柵耐功率能力。此前紫外光柵的Zui高耐受功率分別為8千瓦（反射鏡光柵）和3.4千瓦（CTFBG）。

飛秒激光直寫技術(shù)規(guī)避了上述瓶頸。超快脈沖不依賴光纖的光敏性，可直接在普通光纖上刻寫光柵，無需氫氣加載，縮短了工藝時(shí)間并消除了氫氧根相關(guān)發(fā)熱問題。飛秒激光誘導(dǎo)的折射率變化具備高熱穩(wěn)定性。此前飛秒激光刻寫的光柵Zui高處理功率分別為10千瓦和4千瓦，但研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為仍需提升CTFBG的功率指標(biāo)以真正驗(yàn)證其在高功率振蕩器中的SRS抑制效果。

新設(shè)計(jì)同時(shí)解決了結(jié)構(gòu)弱點(diǎn)。早期演示中，團(tuán)隊(duì)曾將CTFBG熔接于諧振腔內(nèi)低反射率光纖布拉格光柵一側(cè)，達(dá)到3.5千瓦，但熔接點(diǎn)存在損傷風(fēng)險(xiǎn)。本次研究直接在單根30微米纖芯、250微米包層的光纖上刻寫低反射率光柵與CTFBG，形成無額外熔接點(diǎn)的單體復(fù)合光柵。低反射率光柵充當(dāng)約1080納米信號(hào)波長的腔鏡，而啁啾傾斜光柵則濾除約1135納米的拉曼光。

制備過程高度精密。團(tuán)隊(duì)使用515納米波長、290飛秒脈寬、1千赫茲重復(fù)頻率的飛秒激光，經(jīng)柱面透鏡和相位掩模聚焦至約3.7微米光斑，掃描整個(gè)30微米纖芯。對(duì)于反射鏡光柵，光纖固定，振鏡垂直光纖軸掃描生成垂直光柵面；對(duì)于CTFBG，光束路徑固定，平移臺(tái)傾斜移動(dòng)光纖生成傾斜面。拉曼濾波器實(shí)際由三個(gè)傾斜角分別為7.4度、6.6度和5.4度的CTFBG級(jí)聯(lián)而成，總長40毫米，以此拓寬抑制帶寬。Zui終濾波器中心波長為1135納米，3分貝帶寬18納米，匹配1080納米信號(hào)的一階拉曼波長。

光柵測量同樣面臨挑戰(zhàn)。在多模光纖中，模式場失配激發(fā)的高階模會(huì)淹沒低反射率光柵微弱的透射凹陷（其基模反射率僅6%，對(duì)應(yīng)透射深度僅零點(diǎn)幾分貝）。為此，團(tuán)隊(duì)搭建了參考光柵系統(tǒng)：將已知高反射率光柵與待測光柵同步測量，通過反射峰強(qiáng)度差計(jì)算反射率。該方法驗(yàn)證低反射率光柵反射率為6%，中心波長1079.4納米，3分貝帶寬2.1納米；高反射率鏡光柵反射率超99%，中心波長1079.3納米，帶寬4納米。

激光測試平臺(tái)采用38米長、30微米纖芯的摻鐿增益光纖，僅通過后向泵浦方式，通過(36+1)×合束器由雙波長969納米和982納米激光二極管泵浦。該設(shè)計(jì)有助于提高橫模不穩(wěn)定（TMI）閾值這一另一功率限制因素。值得注意的是，輸出端未安裝包層光剝離器，允許在出現(xiàn)橫模不穩(wěn)定后繼續(xù)提升輸出功率，代價(jià)是部分光束質(zhì)量下降。僅使用低反射率光柵的第一種配置下，振蕩器在斜效率85.4%時(shí)達(dá)到Zui大8910瓦，受限于首先出現(xiàn)在8250瓦處的橫模不穩(wěn)定。拉曼分量在8.7千瓦時(shí)可見，至8.9千瓦時(shí)光譜已展寬至近1200納米。

安裝復(fù)合光柵后，性能顯著改善。拉曼抑制光譜深度達(dá)16分貝（等效抑制97.5%），3分貝帶寬86納米。Zui大輸出時(shí)，1120至1200納米區(qū)間的拉曼光功率占比從4.5%降至0.2%，信號(hào)純度提升一個(gè)數(shù)量級(jí)。輸出功率增加140瓦至9050瓦，斜效率為83.4%，小幅下降源于濾波器的插入損耗。橫模不穩(wěn)定閾值也從8250瓦升至8700瓦，印證了SRS誘導(dǎo)發(fā)熱會(huì)觸發(fā)該不穩(wěn)定性，抑制SRS可抬高其閾值。熱成像儀監(jiān)測顯示，主動(dòng)冷卻下三種光柵溫度在Zui大功率時(shí)均低于50攝氏度。

作者將該成果視為基于CTFBG抑制SRS的光纖振蕩器功率紀(jì)錄，并證明飛秒刻寫光柵在耐功率方面優(yōu)于紫外刻寫版本，單體復(fù)合設(shè)計(jì)也消除了早期方案的熔接點(diǎn)脆弱性。團(tuán)隊(duì)指出，兩種配置的功率增長Zui終均受限于橫模不穩(wěn)定，且在閾值后繼續(xù)提純存在通過合束器損壞泵浦源的風(fēng)險(xiǎn)。下一步目標(biāo)是開發(fā)基于飛秒刻寫復(fù)合光柵、功率突破10千瓦的光纖振蕩器，全面抑制包括SRS和橫模不穩(wěn)定在內(nèi)的非線性效應(yīng)。若實(shí)現(xiàn)，此類系統(tǒng)將強(qiáng)化光纖振蕩器在工業(yè)加工與高端制造中的地位，滿足市場對(duì)緊湊型、高效多千瓦光束日益增長的需求。

資料來源：bioengineer.org；原文發(fā)布日期：2026-10-28。本文為資料編譯。