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掺镱双包层光纤激光器研究

陈吉欣  
【摘要】:与传统的固体激光器相比,光纤激光器具有很多优点,如高效率、高光束质量、可靠性好、结构紧凑以及散热性好等。掺镱(Yb~(3+))光纤激光器由于能级结构简单、无激发态吸收、增益谱宽易于调谐等优点受到了极大的关注。与传统的光纤不同,双包层光纤在纤芯外面增加了一个内包层。在双包层光纤激光器中,泵浦光在内包层中传输,被掺杂纤芯吸收,从而产生激光输出。由于内包层有较大的几何尺寸和数值孔径,因此,双包层光纤激光器能将更高的泵浦功率耦合到光纤中,得到高功率的激光输出。除了耦合到光纤中的泵浦光功率外,影响双包层光纤激光器输出功率提高的主要因素有热效应和非线性效应。 本论文理论和实验研究了掺Yb~(3+)双包层光纤激光器的特性,主要内容可概括如下: 1、分析了双包层光纤激光器的特点、泵浦方式、研究现状和应用前景。 2、分析了Yb~(3+)的能级结构和跃迁截面。根据光纤激光器的速率方程,利用打靶法,理论研究了掺Yb~(3+)双包层光纤激光器中激光和泵浦光的功率分布,分析了后腔镜反射率、掺杂浓度、散射损耗系数、泵浦光波长对光纤激光器特性的影响,为设计掺Yb~(3+)双包层光纤激光器提供了理论依据。 3、采用将光纤分段的方法,理论研究了单点侧向泵浦双包层光纤激光器的特性,分析了不同泵浦光分布条件下,光纤中的正反向激光功率分布,以及泵浦点位置变化对输出激光功率的影响。 4、建立了端面泵浦掺Yb~(3+)双包层光纤激光器的实验系统,解决了光纤激光器的端面泵浦耦合、光纤端面研磨、泵浦半导体激光器波长控制等问题。实验得到了输出功率为3.87W、斜率效率为70%的单模双包层光纤激光器。 5、实验研究了大纤芯、短腔长光纤激光器,得到了不同光纤长度下,光纤激光器的输出特性。实验研究了不同弯曲半径下,大纤芯掺Yb~(3+)双包层光纤激光器的输出特性。通过改变掺Yb~(3+)光纤激光器的温度,实现了可调谐光纤激光器,调谐范围为11.4nm。降低前腔镜的反射率,调节光纤端面与前腔镜的距离形成Fabry-Perot滤波器,实验研究了双包层光纤激光器的窄线宽输出特性。 6、研究了角度磨抛侧向耦合。采用几何光学的方法,理论推导了角度磨抛侧


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