摻鐿雙包層光纖激光器研究.pdf

1、與傳統(tǒng)的固體激光器相比，光纖激光器具有很多優(yōu)點(diǎn)，如高效率、高光束質(zhì)量、可靠性好、結(jié)構(gòu)緊湊以及散熱性好等。摻鐿(Yb3+)光纖激光器由于能級結(jié)構(gòu)簡單、無激發(fā)態(tài)吸收、增益譜寬易于調(diào)諧等優(yōu)點(diǎn)受到了極大的關(guān)注。與傳統(tǒng)的光纖不同，雙包層光纖在纖芯外面增加了一個(gè)內(nèi)包層。在雙包層光纖激光器中，泵浦光在內(nèi)包層中傳輸，被摻雜纖芯吸收，從而產(chǎn)生激光輸出。由于內(nèi)包層有較大的幾何尺寸和數(shù)值孔徑，因此，雙包層光纖激光器能將更高的泵浦功率耦合到光纖中，得到高功率的

2、激光輸出。除了耦合到光纖中的泵浦光功率外，影響雙包層光纖激光器輸出功率提高的主要因素有熱效應(yīng)和非線性效應(yīng)。 本論文理論和實(shí)驗(yàn)研究了摻Y(jié)b3+雙包層光纖激光器的特性，主要內(nèi)容可概括如下： 1、分析了雙包層光纖激光器的特點(diǎn)、泵浦方式、研究現(xiàn)狀和應(yīng)用前景。 2、分析了Yb3+的能級結(jié)構(gòu)和躍遷截面。根據(jù)光纖激光器的速率方程，利用打靶法，理論研究了摻Y(jié)b3+雙包層光纖激光器中激光和泵浦光的功率分布，分析了后腔鏡反射率、摻雜

3、濃度、散射損耗系數(shù)、泵浦光波長對光纖激光器特性的影響，為設(shè)計(jì)摻Y(jié)b3+雙包層光纖激光器提供了理論依據(jù)。 3、采用將光纖分段的方法，理論研究了單點(diǎn)側(cè)向泵浦雙包層光纖激光器的特性，分析了不同泵浦光分布條件下，光纖中的正反向激光功率分布，以及泵浦點(diǎn)位置變化對輸出激光功率的影響。 4、建立了端面泵浦摻Y(jié)b3+雙包層光纖激光器的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，解決了光纖激光器的端面泵浦耦合、光纖端面研磨、泵浦半導(dǎo)體激光器波長控制等問題。實(shí)驗(yàn)得到了輸出功

4、率為3.87W、斜率效率為70％的單模雙包層光纖激光器。 5、實(shí)驗(yàn)研究了大纖芯、短腔長光纖激光器，得到了不同光纖長度下，光纖激光器的輸出特性。實(shí)驗(yàn)研究了不同彎曲半徑下，大纖芯摻Y(jié)b3+雙包層光纖激光器的輸出特性。通過改變摻Y(jié)b3+光纖激光器的溫度，實(shí)現(xiàn)了可調(diào)諧光纖激光器，調(diào)諧范圍為11.4nm。降低前腔鏡的反射率，調(diào)節(jié)光纖端面與前腔鏡的距離形成Fabry-Perot濾波器，實(shí)驗(yàn)研究了雙包層光纖激光器的窄線寬輸出特性。 6

5、、研究了角度磨拋側(cè)向耦合。采用幾何光學(xué)的方法，理論推導(dǎo)了角度磨拋側(cè)向耦合的效率與磨拋角度的關(guān)系。計(jì)算了在不同的光學(xué)膠折射率、內(nèi)包層以及多模光纖的數(shù)值孔徑下，耦合效率與磨拋角度的關(guān)系。在現(xiàn)有的條件下，實(shí)驗(yàn)制作了角度磨拋側(cè)向耦合器。 7、從熱傳導(dǎo)方程出發(fā)，考慮泵浦光沿z方向變化的條件下，推導(dǎo)了高功率摻Y(jié)b3+雙包層光纖激光器中溫度、應(yīng)力及折射率分布的表達(dá)式，并進(jìn)行了理論計(jì)算。研究了泵浦光的吸收系數(shù)、包層半徑、冷卻方式對高功率光纖激光

6、器中溫度分布的影響。研究了不同泵浦方式下，高功率光纖激光器的溫度和激光功率的分布特性。所得的結(jié)論對減小高功率雙包層光纖激光器熱效應(yīng)具有重要的意義。 8、根據(jù)激光制冷的概念，提出了輻射平衡雙包層光纖激光器，建立了相應(yīng)的理論模型。數(shù)值分析了輻射平衡光纖激光器中泵浦光和激光的強(qiáng)度分布，以及光纖參數(shù)和腔鏡反射率對輸出特性的影響，為實(shí)現(xiàn)這種光纖激光器提供了理論依據(jù)。 9、分析了無源光纖中受激拉曼散射的基本特性。對高功率摻Y(jié)b3+雙