光纤激光器以其光束质量好、转化效率高和结构紧凑等优点被广泛应用与工业加工、生物医疗和军事国防等众多领域。近年来，光纤激光器的输出功率不断攀升，然而各种非线性效应也逐渐显露。目前，受激拉曼散射（SRS）和横向模式不稳定（TMI）效应成为光纤激光器输出功率和光束质量提升的主要限制性因素。

为解决目前功率攀升的瓶颈问题，华中科技大学武汉光电国家研究中心光纤激光技术团队通过结合纤芯较低的数值孔径（NA）、镱离子限制性掺杂和纵向双锥形设计的三种结构优势，设计了低数值孔径部分掺杂光纤（简称LCT光纤），理论上能较好地实现TMI和SRS效应的同时抑制。其结构和参数如图1所示，光纤纤芯的NA为0.05，增益掺杂剂，即Yb³⁺离子的掺杂直径比77%。在纵向上，LCT光纤的纤芯和内包层直径处于均匀地变化状态，呈现一种“纺锤形”，两端和中间的芯/包直径分别为25/400 μm和37.5/600 μm，并且小端、过渡区和中间段的长度分别为1.5 m、8 m和8 m，总长为27 m。

图1 低数值孔径部分掺杂纺锤形光纤的结构和参数（非按比例绘制）。

LCT光纤的激光性能表现十分优异。具体地，基于主振荡功率放大器，其输出功率随着泵浦功率持续增长，最高输出功率为4.18 kW，未出现功率滞涨或翻转，拟合的斜率效率为82.8%。双端泵浦情况下，最高输出功率时的SRS抑制比为~18 dB。LCT光纤放大器工作在4.18 kW时，时频域信号稳定，预示着无TMI效应的发生，光束质量M²因子为~1.3，保持单模输出。

图2 低NA部分掺杂纺锤形光纤的（a）输出功率与泵浦功率的变化关系；（b）输出光谱特性；（c）最高功率下的时、频域特性；（d）最高功率下的光束质量特性。

该研究已于成果近期发表在期刊Optics Express，武汉光电国家研究中心博士生张志伦为论文的第一作者，邢颍滨讲师为该论文通讯作者，研究单位为华中科技大学。该研究工作得到了国家自然科学基金的资助。

文章链接：https://doi.org/10.1364/OE.466111