共振泵浦掺钕双包层保偏光纤激光器的研究

【摘要】：近红外1.06微米波段激光是最早被研究的激光波长之一，该波长在激光测距、医学科学研究、光谱研究、生命科学研究、激光加工、天文学研究以及国防军事工业等诸多方面都具有重要的应用价值。共振泵浦（包括直接泵浦和热助推泵浦）掺钕双包层光纤激光器具有输出功率高、光束质量好、散热性良好以及结构紧凑等优势，是优良的1.06微米激光光源。 本论文分析并实验研究了880nm直接泵浦掺钕双包层保偏光纤激光器和888nm热助推泵浦掺钕双包层保偏光纤激光器在1.06微米处的输出特性，并与808nm传统泵浦掺钕双包层保偏光纤激光器的输出特性进行比较，显示了共振泵浦技术的优越性。论文主要内容及创新点归纳如下： 1.分析双包层光纤的结构，理论说明了内包层形状对泵浦光吸收效率的影响以及双包层光纤激光器的工作原理；阐述了双包层光纤激光器的各种泵浦耦合技术并比较彼此的优势；介绍了双包层光纤激光器的实用腔型。 2.分析掺钕光纤能级结构，由四能级速率方程推导出传统泵浦掺钕双包层光纤激光器和共振泵浦掺钕双包层光纤激光器中腔参数对输出特性的影响，确定了实验用光纤长度并计算了掺钕双包层光纤激光器中的热量情况。 3.实验研究了880nm直接泵浦掺钕双包层保偏光纤激光器的输出特性，在最大耦合功率为13.85W的情况下，光纤吸收功率为7.85W，对应4.61W的1.06μm激光输出，相对吸收泵浦功率的阈值和整体斜率效率分别为73mW和60.19%，优于传统泵浦方式的80mW阈值功率和52.96%斜率效率。 4.实验研究了888nm热助推泵浦掺钕双包层保偏光纤激光器的输出特性，在最大耦合功率为11.28W的情况下，光纤吸收功率为5.1W，对应3W的1.06μm激光输出，相对吸收泵浦功率的阈值和整体斜率效率分别为70mW和60.93%，优于传统泵浦方式和直接泵浦方式。 5.实验对该光纤激光器系统的偏振特性进行了测量，三种泵浦方式下的偏振度分别为0.818,0.796和0.812，验证了该系统具有较好的保偏特性。