全光纖摻Tm3+脈沖激光器及放大器的研究.pdf

1、2μm激光處于大氣透明窗口和人眼安全波段,被廣泛的應(yīng)用于激光遙感、激光醫(yī)療和材料加工等領(lǐng)域,其中2μm脈沖激光器是獲得3~5μm中紅外波長(zhǎng)參量振蕩輸出理想泵浦源。和2μm固體激光器相比,全光纖摻Tm3+脈沖激光器具有結(jié)構(gòu)緊湊和抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),但受到器件工藝等因素限制,關(guān)于全光纖摻Tm3+脈沖激光器及放大器的研究鮮有報(bào)道。本論文以獲得2μm全光纖摻Tm3+脈沖激光器,并將其作為種子源進(jìn)行全光纖摻Tm3+脈沖放大器的探索研究作為基本出發(fā)

2、點(diǎn),分別從理論和實(shí)驗(yàn)方面詳細(xì)研究了帶內(nèi)泵浦的增益開(kāi)關(guān)摻Tm3+光纖激光器激光特性以及全光纖摻Tm3+脈沖放大器的輸出特性,期望為相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展做出一定貢獻(xiàn)。
　　理論方面,首先在考慮功率重疊因子和Stark能級(jí)分裂情況下,建立帶內(nèi)泵浦的摻Tm3+光纖激光器速率方程理論模型,推導(dǎo)出了反轉(zhuǎn)粒子數(shù)、腔內(nèi)光子數(shù)、閾值能量、脈沖提取效率等解析式,并在此基礎(chǔ)上對(duì)激光器的上能級(jí)粒子數(shù)、腔內(nèi)光子數(shù)、脈沖建立時(shí)間、脈沖寬度等參數(shù)時(shí)間特性進(jìn)行研究;文中

3、還建立摻Tm3+光纖激光器的行波方程理論模型,討論了上能級(jí)粒子數(shù)、腔內(nèi)光子數(shù)沿光纖軸向變化情況,并研究了腔內(nèi)可提取能量和激光器功率輸出特性。其次,在考慮ASE對(duì)LMA高摻雜光纖放大器輸出特性影響的基礎(chǔ)上,建立了摻Tm3+光纖放大器的速率方程理論模型,分別對(duì)其在穩(wěn)態(tài)放大和脈沖放大情況下進(jìn)行數(shù)值仿真。在穩(wěn)態(tài)放大情況下,研究了上能級(jí)粒子數(shù)、泵浦光和ASE沿光纖軸向分布情況;在一定泵浦功率下,分析了種子光功率和增益光纖長(zhǎng)度對(duì)放大器功率輸出特性的

4、影響;在脈沖放大情況下,研究了不同重頻和泵浦功率下,上能級(jí)粒子數(shù)和ASE沿光纖軸向分布情況,分析了脈沖輸出能量和光纖存儲(chǔ)能量隨時(shí)間變化情況,以上理論分析為摻Tm3+光纖放大器實(shí)驗(yàn)研究奠定基礎(chǔ)。
　　實(shí)驗(yàn)方面,首先進(jìn)行了1558nm雙級(jí)脈沖摻Er3+光纖放大器實(shí)驗(yàn)研究,分別對(duì)每級(jí)放大器的輸出能量、ASE功率和輸出光譜進(jìn)行詳細(xì)測(cè)量和分析,討論了ASE抑制與濾除方法。進(jìn)行了800nm飛秒激光器刻寫(xiě)大芯徑多模FBG的實(shí)驗(yàn)研究,通過(guò)在線監(jiān)測(cè)

5、激光器輸出功率與刻寫(xiě)FBG輻射時(shí)間的變化關(guān)系,并結(jié)合摻Tm3+光纖激光器速率方程模型對(duì)FBG反射率和纖芯折射率調(diào)制等光柵參數(shù)進(jìn)行估算;進(jìn)行了紫外曝光法刻寫(xiě)了單模FBG實(shí)驗(yàn)研究,并使用寬帶光源和高精度OSA對(duì)FBG光譜特性進(jìn)行了研究,獲得了中心波長(zhǎng)相同,反射率不同的FBG。利用1558nm摻Er3+脈沖放大器作為泵浦源和單模FBG作為輸入輸出鏡,進(jìn)行了全光纖增益開(kāi)關(guān)摻Tm3+光纖激光器實(shí)驗(yàn),詳細(xì)研究激光器的輸出功率、脈沖寬度和脈沖建立時(shí)間

6、。其次利用空間耦合方式將2054nmQ開(kāi)關(guān)Tm,Ho:YVO4脈沖光耦合入LMA摻Tm3+光纖中進(jìn)行脈沖放大實(shí)驗(yàn),研究了放大器的輸出功率、轉(zhuǎn)換效率、光譜特性、光束質(zhì)量因子、光斑分布情況和放大脈沖波形畸變情況。最后將實(shí)驗(yàn)研究的增益開(kāi)關(guān)摻Tm3+光纖激光器作為種子源,進(jìn)行了全光纖摻Tm3+脈沖放大器的實(shí)驗(yàn)研究,詳細(xì)測(cè)量和分析了放大器輸出功率、光譜特性、光束質(zhì)量因子、光斑分布以及放大脈沖波形情況,最后指出ASE功率積累、寄生振蕩和自脈沖效應(yīng)是