大芯径光纤传输高强度激光的特性与损伤机制研究

本研究聚焦于大芯径光纤在兆瓦级 Nd:YAG 激光脉冲传输方面的实验探索。实验的核心是使用芯径为600微米的全石英光纤来输送波长为1064纳米、脉宽为5纳秒的高峰值功率脉冲激光。通过采用N-ON-1测试方法，研究人员得以精确测量光纤的损伤阈值和传能特性，这对于光纤在高强度激光应用中的性能评估至关重要。 实验结果显示，光纤50%概率的损伤阈值高达24毫焦耳（mJ），这意味着光纤在传输过程中能承受一定的能量而不发生损伤。平均输出的激光能量达到了14 mJ，峰值功率逼近3兆瓦（MW），显示出光纤在传输高功率脉冲时的高效能。整个传输过程可以划分为三个阶段：初始的平稳传输段，随后的光纤端面等离子体击穿段（此时传输稳定性降低），以及最终的光纤体损伤段，即传输能力完全丧失的阶段。 对光纤损伤形貌和损伤机制的深入分析揭示，提高光纤端面等离子体击穿阈值和初始输入段的损伤阈值是提升光纤传能容量的关键因素。这意味着通过改进光纤端面处理工艺或优化激光输入参数，可以在保持高功率传输的同时，有效延长光纤的使用寿命和传输距离。 这项研究对于光纤光学技术的发展具有重要意义，特别是在光纤通信、激光加工和高能物理等领域，大芯径光纤的高性能表现有望推动这些应用向更高功率、更远距离传输方向发展。同时，它也为激光安全和光纤材料的耐热性研究提供了宝贵的数据参考。未来的研究可能集中在开发新的材料和工艺，以进一步提高光纤对高功率激光的适应性和传输效率。