脉冲型双包层掺镱光纤激光器及相关器件的研究

【摘要】： 光纤光栅是利用光纤材料的光敏性,使纤芯折射率发生周期性改变而形成空间相位光栅的一种光纤光子器件。它具有体积小、波长选择性好、极化不敏感、带宽范围大、易于与光纤系统连接、附加损耗小、器件微型化等优点,而且它的谐振波长对温度、应变、折射率、浓度等外界环境的变化敏感,因此在光纤通信和传感领域得到了广泛的应用。另一方面,高功率脉冲光纤激光器因其具有高光束质量、高转换效率、极好的散热性、紧凑的结构、极好的抗震性等优点也逐渐成为激光器领域的研究热点,被越来越多地应用于精密机械加工、激光雷达与武器、激光医疗和非线性光频转换等领域。本论文主要内容是研究高功率的脉冲光纤激光器并研制与之相关的各类光纤光栅。本文主要包括四个部分内容:基于MOPA结构线偏振脉冲光纤放大器研究、声光调Q线偏振光纤激光器研究、光纤光栅研究以及基于少数模光纤光栅的双波长光纤激光器研究。 研制了两种基于MOPA结构的以大模场面积双包层掺镱光纤为增益介质的高功率线偏振脉冲光纤激光器。一种采用Nd:GdVO_4声光调Q固体激光器作为种子源,经过一级放大,在重复频率40kHz、泵浦功率30.4W时,获得了平均功率20W、偏振抑制比大于14dB的线偏振脉冲激光输出。种子源的光谱线宽较窄,在光纤中的SBS等非线性效应的阈值较小,因此在大功率放大过程中产生了较严重的SBS等非线性效应。另一种以全光纤型声光调Q光纤激光器为种子源,同样经过一级放大,在34.8W泵浦功率下,最终获得了平均功率23.5W、偏振抑制比大于10dB的线偏振单模脉冲激光输出。全光纤型声光调Q光纤激光器具有较高功率和较大的光谱宽度,有效地增加SBS等非线性效应的阈值,在实验中没有观察到严重的非线性现象。 研制了采用传统法布里-珀罗腔结构的声光调Q线偏振光纤激光器,以Liekki公司生产的熊猫保偏型大模场面积双包层掺镱光纤作为增益介质,获得了脉冲宽度33ns、功率10.5W的稳定线偏振脉冲输出。同时从理论上分析了增益光纤长度、泵浦功率、输出镜透射率等因素对激光器输出脉冲波形和输出功率的影响。 自行研制了增加光纤光敏性的高压载氢装置,采用相位掩模板法制作了基于单模通信光纤、高锗单模光纤、硼锗共掺单模光纤、掺铒单模光纤、高掺锗多模光纤等的各种单模光纤布拉格光栅和多模光纤布拉格光栅、偏振光纤布拉格光栅和基于光纤布拉格光栅的法布里-珀罗腔。 采用自行研制的基于普通单模通信光纤的少数模光纤布拉格光栅为谐振腔高反镜、Nufern公司生产的掺镱双包层光纤为增益介质,研制了全光纤激光器,得到了在高功率泵浦下稳定的双波长输出,输出功率可达5.67W,光束质量因子M~2值为1.9,输出波长为1059.12nm和1060.80nm,信噪比可分别达到55dB和53dB。