近期，杭州光学周详机械研究所罗素进步前辈光波科学中央结合中国科学院上海光学周详机械研究所超强激光科学与技能天下重点试验室以和激光智能制造研发中央，于使用反谐振空芯光纤（AR-HCF）实现高功率皮秒激光高质量柔性传输与周详加工方面取患上主要进展。相干研究结果以 High-quality delivery of high-power picosecond lasers in single-ring anti-resonant hollow-core fiber for micromachining 为题，发表在High Power Laser Science and Engineering。

超快激光于周详切割、焊接、外貌处置惩罚等范畴具备不成替换的作用，然而其传输方式仍面对挑战：自由空间光路体系加工规模受限而且对于情况振动敏感、维护繁杂；传统实芯光纤则受限在非线性效应及毁伤阈值，难以承载岑岭值功率超快脉冲。反谐振空芯光纤依附低非线性、高毁伤阈值及弱波导色散等特色，为高功率超快激光的柔性传输提供了新路子。

图1 试验装配图和反谐振空芯光纤（AR-HCF1及AR-HCF2）截面图

图2 激光传输体系的功率不变性及指向不变性。

(a-b) 自由空间激光传输体系；(c-d) 3米长AR-HCF1传输体系；(e-f) 3米长AR-HCF2传输体系

研究团队设计并制备了两种差别布局参数的单环反谐振空芯光纤（AR-HCF1与AR-HCF2）。试验注解，当毛细管与纤芯直径比（d/D）优化至约0.68时（AR-HCF2），光纤对于高阶模式的按捺能力显著加强。于3米长的AR-HCF2中传输20 W、1064 nm波长、脉宽＜15 ps的皮秒激光时，体系体现出优秀的机能：输出光束模式纯净，指向不变性（ =9.8 rad， y=8.5 rad）优在自由空间体系（ =26.3 rad， y =17.2 rad）和d/D 0.5的AR-HCF1（ =14.0 rad， y =9.9 rad）；功率颠簸RMS值约0.2%，与自由空间体系相称，且具有更低的维护需求。

图3 三种激光传输体系输出端口的光束轮廓：

(a-c) 自由空间激光传输体系；(d-f) 3米长AR-HCF1激光传输体系；(g-i) 3米长AR-HCF2激光传输体系

于铝片微加工试验中，AR-HCF2揭示出靠近自由空间体系的加工质量。单脉冲加工雀斑圆度达0.97，尺寸匀称性优良；于线加工线条的偏移度仅为2.38%，与自由空间体系的2.12%相称，较着优在AR-HCF1的5.66%。这申明经由过程优化光纤布局晋升模式纯度，可有用按捺因光纤微弯引起的光束不不变，从而于连结加工精度的同时，得到更高的体系矫捷性与不变性。

图4 三种激光传输体系对于铝板外貌举行单次加工的成果：(a-c) 自由空间激光传输体系；(d-f) 3米长AR-HCF1激光传输体系；(g-i) 3米长AR-HCF2激光传输体系

图5 三种激光传输体系以4 妹妹/s的扫描速度对于铝板外貌举行于线加工的成果：(a) 自由空间激光传输体系；(b) 3米长AR-HCF1激光传输体系；(c) 3米长AR-HCF2激光传输体系

该研究初次明确了反谐振空芯光纤模式纯度对于微加工质量的要害作用，为成长高机能、柔性化的超快激光加工设备提供了主要依据。将来，团队将进一步摸索该技能于更长传输间隔与更高功率程度下的运用潜力，鞭策其于工业周详制造范畴的财产化进程。

相干事情获得了国度天然科学基金、中国科学院先导专项B、上海市科技规划项目等资助。

转自：光纤激光

来历：杭州光学周详机械研究所

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