综述：百瓦级空间光束自清洁和基于长多模锥形光纤的超连续谱产生

本综述系统探讨了利用全光纤结构脉冲激光放大器泵浦长多模双包层锥形无源光纤（MM-DTF）实现百瓦级光束自清洁（BSC）和超连续谱（SC）生成的实验突破。通过优化主放大器中镱掺杂光纤（YDF）的盘绕直径，在4.8 ns脉冲宽度和5 MHz重复频率下，成功获得输出功率261 W、光谱范围800–2200 nm的超连续谱，并观察到光束质量因子（M2）从1.75提升至1.29。该研究为高功率、高光束质量SC光源的开发提供了创新路径。

　　

实验装置

实验采用全光纤结构脉冲激光放大器系统，包含四级镱掺杂光纤（YDF）放大模块。种子源为1064 nm纳秒脉冲激光，其重复频率与脉冲宽度可调。通过隔离器防止反向反馈，信号光经预放大后注入主放大级。核心创新点在于采用自主设计的26米长多模双包层锥形无源光纤（MM-DTF）作为非线性光谱展宽介质，其结构与增益光纤光学尺寸兼容，可直接熔接于放大级末端。

实验结果与讨论

在种子重复频率7.5 MHz、脉冲宽度4.8 ns条件下，系统输出功率随泵浦功率增加而提升，最高达407 W（泵浦功率472 W），光光转换效率显著。通过将重复率降至5 MHz以提升峰值功率，最终在MM-DTF输出端获得261 W超连续谱，光谱覆盖800–2200 nm。进一步测量不同波长下的光束质量因子（M2），发现1064 nm处M2随功率增加从1.75优化至1.29，明确观察到克尔光束自清洁（KBSC）现象。该现象源于多模光纤中高阶模（HOMs）通过克尔非线性效应向低阶模的能量转移，最终输出光斑呈近基模分布。

展望与结论

本研究首次在长MM-DTF中实现高功率、高光束质量的超连续谱生成，证明锥形光纤结构在加速自成像周期、增强光谱展宽方面的优势。未来可通过进一步优化光纤几何参数与泵浦条件，拓展光谱范围至中红外波段，并探索其在超快光子学与生物成像中的应用潜力。

作者贡献声明

Jiannan Dai: 调研；Zhifeng Hong: 调研；Xiran Zhu: 验证；Zhiyong Pan: 方法设计；Bin Zhang: 资源提供；Jing Hou: 指导。

利益冲突声明

作者声明无已知竞争性金融利益或个人关系影响本研究。