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新型双包层光纤激光器研究

杨丁中  
【摘要】:多波长光纤激光器因其在高速的密集波分复用(DWDM)通信系统、光纤传感系统、激光雷达、光谱分析、光纤仪器测试以及微波光子系统中的广泛应用而越来越引起人们的注意。特别是波长间隔在纳米级别、频率间隔在THz量级的双波长光纤激光器可以作为太赫兹波的重要泵浦源。而高功率脉冲光纤激光器具有高效率、接近衍射极限的光束质量、优良的散热性能、结构紧凑,免维修等优点,因此受到很多研究机构的广泛关注。另外,工作波长处于1.06μm和2μm的高功率连续以及脉冲型线偏振光纤激光器是中红外激光器的有效泵浦源。本论文针对新型的双包层光纤激光器开展工作,内容主要分为三部分,第一部分研究基于少模光纤布拉格光栅的高功率双波长掺Yb光纤激光器;第二部分研究全光纤结构的脉冲型双包层掺Yb光纤激光器,包括基于MOPA结构的全光纤型线偏振掺Yb脉冲光纤激光器和基于增益调制技术的脉冲型掺Yb光纤激光器;第三部分研究工作波长在2μm的掺Tm双包层光纤激光器。 采用少模光纤布拉格光栅作为谐振腔的腔镜,以Nufern公司生产的双包层掺Yb光纤作为增益介质,研制了高功率的双波长掺Yb光纤激光器。在10.7 W的泵浦功率下,获得了5.67 W的激光输出,输出波长分别为1059.12 nm和1060.80nm,光谱半宽(FWHM)分别为37 pm和43 pm,激光信噪比(SNR)优于50 dB。光束质量因子M2约为1.9。 以全光纤型的声光调Q光纤激光器作为种子源,经过一级MOPA放大之后获得了高功率的全光纤型线偏振掺Yb脉冲激光输出。在40 W的泵浦功率下,获得了29.6 W的线偏振激光输出,斜率效率为74.6%,光束质量因子M2=1.39,偏振消光比(PER)优于10 dB。 分别研究了采用工作波长在915 nm和975 nm波段的半导体激光器泵浦的基于增益调制技术的掺Yb光纤激光器。采用工作波长为915 nm激光器泵浦4.5 m长度的双包层掺Yb增益光纤,获得了波长在1060 nm,脉宽为600 ns-1μs,脉冲能量为8-20μJ的稳定激光输出。采用工作波长为975 nm的半导体激光器泵浦1.5米长度的双包层掺Yb增益光纤,在30-50 kHz的重复频率下获得了脉冲宽度为250-700 ns,脉冲能量为2-15μJ的激光输出。在50 kHz时,输出激光脉冲宽度为271 ns,激光功率为0.72 W,激光光谱为双波长,分别为1060.420 nm和1058.710 nm。 采用法布里-珀罗(F-P)腔结构,在2μm波段获得了较高功率的随机偏振和线偏振的激光输出。以793 nm半导体激光器泵浦掺Tm双包层增益光纤,在2022nm波段获得了最大功率为18.4 W的随机偏振的激光输出,激光的斜率效率为49%,对应的量子效率为1.25。在63.28 W的激光泵浦下,获得了中心波长在2030nm,输出功率为21.9 W的线偏振激光输出,PER优于92.7%(11.37 dB)。论文中解释了光纤高功率工作时蓝色以及紫色荧光产生的机理。


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