摻銩石英光纖及2微米全光纖連續(xù)激光器研究.pdf

1、光纖激光器與傳統(tǒng)激光器相比，具有效率高、閾值低、光束質量好、結構簡單緊湊、波長可調范圍大、能在惡劣環(huán)境中工作等優(yōu)點，越來越受到人們的青睞。除了共有優(yōu)點外，由于摻Tm3+光纖激光器輸出的激光處于2μm波段，有著人眼安全、處在水吸收峰和“大氣窗口”等特性，在生物醫(yī)學、激光探測、遙感、光通信、材料處理、軍事等領域具有特殊的優(yōu)勢。然而，由于2μm激光涉及政治軍事等敏感領域，國外對高性能的摻Tm3+光纖實行嚴格的把控，禁止對我國出口。因此，實現高

2、性能摻Tm3+光纖、高功率2μm光纖激光器國產化有著重大的意義。
　　本論文的主要工作是分別從技術理論和實驗兩個部分，對摻Tm3+光纖及摻Tm3+光纖激光器的研制過程，進行較為詳盡的闡述。
　　技術理論部分，本文從摻Tm3+光纖基本原理出發(fā)，研究Tm3+離子能級結構、光譜、以3H6→3H4為重點的泵浦方式和Tm3+離子之間的相互作用。
　　學習基于改進的化學氣相沉積工藝（Modified Chemical Vapor

3、Deposition,MCVD）制備摻Tm3+光纖預制棒并拉制成光纖的制備過程。
　　研究TDFL的關鍵技術：光纖激光器兩種基本結構（單線型腔直接泵浦/主控振蕩功率放大）、包層泵浦技術、光纖布拉格光柵技術、耦合技術、高衰減包層光濾除技術以及激光輸出端面處理技術。詳細分析雙包層光纖能將泵浦激光二極管發(fā)出的低光束質量泵浦光高效率的轉化為基模激光的原因。
　　實驗部分，基于光纖制備技術，對自主研制的摻Tm3+光纖進行性能測試、對比

4、，并篩選性能最為優(yōu)良的光纖用于摻Tm3+光纖激光器研究。基于高衰減包層光濾除技術完成激光模式優(yōu)化實驗；基于輸出端面處理技術完成端帽制備實驗。
　　重點研究內容為793nm泵浦高功率摻Tm3+連續(xù)全光纖激光器。實現單線型腔直接泵浦結構121W摻Tm3+光纖激光器，系統(tǒng)采用25/250雙包層摻Tm3+石英光纖作為增益介質，斜率效率51％，中心波長1915nm；另完成主控振蕩功率放大（Master Oscillator Power-Am

5、plifier，MOPA）結構295W摻Tm3+光纖激光器，系統(tǒng)采用更高性能的25/400雙包層摻Tm3+石英光纖作為增益介質，斜率效率49.61%，中心波長1981nm，截至實驗完成時，該激光器在國內有公開報道的摻Tm3+光纖激光器中，輸出功率是最高的。
　　研究Tm3+離子的同帶泵浦，通過實驗成功實現一個同帶泵浦激光器，該激光器采用1915nmTDFL泵浦源泵浦，得到1980nm激光輸出，輸出功率63W，斜率效率79%。該實驗