异质光纤熔接多物理场仿真和实验研究及中红外激光应用
作者:
作者单位:

1.中国科学院西安光学精密机械研究所 超快光科学与技术全国重点实验室, 陕西 西安 710119 ;2.中国科学院大学 材料与光电研究中心, 北京 100049 ;3.中国科学院西安光学精密机械研究所 光子功能材料与器件研究室, 陕西 西安 710119

作者简介:

陈诗敏(2000—),男,浙江嘉兴人,博士研究生,E-mail:chenshimin23@mails.ucas.ac.cn

通讯作者:

中图分类号:

TN248

基金项目:

国家自然科学基金资助项目(62090065);陕西省自然科学基金资助项目(J23-016-Ⅲ)


Multi-physics simulation and experimental research on heterogeneous optical fiber fusion splicing with mid-infrared laser applications
Author:
Affiliation:

1.State Key Laboratory of Ultrafast Optical Science and Technology, Xi′an Institute of Optics and Precision Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Xi′an 710119 , China ; 2.Center of Materials Science and Optoelectronics Engineering, University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049 , China ;3.Photonics Functional Materials and Devices Research Laboratory, Xi′an Institute of Optics and Precision Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Xi′an 710119 , China

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    摘要:

    针对中红外全光纤激光器系统集成中的异质光纤熔接界面缺陷与热失配难题,提出多物理场耦合建模与参数协同优化方法,通过构建非对称熔接模型,揭示热场梯度分布与材料特性、光纤尺寸的耦合作用机制,基于数值仿真建立一种熔接实验参数优化方法,实现了石英/氟化物/氟碲酸盐光纤的低损耗(0.15 dB)与高抗拉强度(278 g)熔接。实验结果表明,优化后的异质光纤熔接点可承受跨多个波段的高功率传输(>23.2 W@1 976 nm、>100 W@981 nm),并成功构建了2.8 μm全光纤化激光系统,输出功率达20.3 W。通过加速老化测试验证了系统的长期运行稳定性(超过1 h功率波动为0.37%@10.2 W),证实熔接点抗损伤阈值满足高功率运行需求。

    Abstract:

    To address the challenges of interfacial defects and thermal mismatch in heterogeneous optical fusion fiber splicing for integration of mid-infrared all-fiber lasers system, a multiphysics-coupled modeling and parameter co-optimization methodology was proposed. By constructing an asymmetric splicing model, the coupling mechanisms between thermal gradient distribution, material properties, and fiber dimensions was revealed. A parameter optimization methodology for splicing experiments was established through numerical simulations, achieving low-loss (0.15 dB) and high-strength (278 g) splicing of silica/fluoride/fluorotellurite fibers. Experimental results demonstrated that the optimized heterogeneous fiber splice joints achieved high-power transmission across multiple bands (>23.2 W @ 1 976 nm, >100 W @ 981 nm) and enabled a fully fiberized 2.8 μm laser system with an output power of 20.3 W. Accelerated aging tests confirmed the systems long-term stability (0.37% power fluctuation @ 10.2 W over 1 h) and validated that the splice joints met high-power damage resistance thresholds.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

陈诗敏, 肖旭升, 何文涛, 等. 异质光纤熔接多物理场仿真和实验研究及中红外激光应用[J]. 国防科技大学学报, 2025, 47(5): 51-61.

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  • 收稿日期:2025-03-31
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  • 在线发布日期: 2025-10-08
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