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1、增益導(dǎo)引-折射率反導(dǎo)引(GG-IAG)光纖作為一種新型大模場(chǎng)光纖的有效解決方案,從2003年提出至今一直受到研究者的廣泛關(guān)注。本論文結(jié)合GG-IAG光纖的基本工作機(jī)理,通過理論設(shè)計(jì)與仿真,研究了其激光閾值性能;在此基礎(chǔ)上,提出了增益導(dǎo)引-折射率交叉導(dǎo)引、增益導(dǎo)引-折射率交替導(dǎo)引兩種改進(jìn)型的大模場(chǎng)光纖結(jié)構(gòu),并建立了相應(yīng)的理論模型,得到了一系列創(chuàng)新性研究成果;設(shè)計(jì)制備出摻釹磷酸鹽增益導(dǎo)引-折射率反(正)導(dǎo)引大模場(chǎng)光纖,對(duì)其激光性能進(jìn)行了系統(tǒng)
2、的研究,具體工作如下:
1.在傳統(tǒng)的激光器速率方程理論的基礎(chǔ)上,提出了新的改進(jìn)型速率方程并應(yīng)用于GG-IAG大模場(chǎng)光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真。通過解析解法,求得在單端泵浦和側(cè)面均勻泵浦條件下,摻釹磷酸鹽GG-IAG光纖激光器的閾值特性,研究了閾值特性與光纖參數(shù)之間的關(guān)系,給出了降低激光器閾值的優(yōu)化方案。
2.針對(duì)GG-IAG光纖端面泵浦效率低的問題,提出并建立了改進(jìn)型的增益導(dǎo)引-折射率交叉導(dǎo)引光纖結(jié)構(gòu)模型。首次通過解析法,
3、推導(dǎo)得到增益導(dǎo)引-折射率交叉導(dǎo)引光纖激光器在雙端泵浦條件下的閾值特性。結(jié)果顯示:增益導(dǎo)引-折射率交叉導(dǎo)引光纖激光器閾值比GG-IAG光纖的閾值有所降低,從而改進(jìn)了激光器的輸出特性。
3.首次提出了增益導(dǎo)引-折射率交替導(dǎo)引大模場(chǎng)光纖結(jié)構(gòu)的概念,建立了相應(yīng)的理論模型并構(gòu)建邊界條件。通過對(duì)光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì),可以保證其模場(chǎng)直徑在與GG-IAG光纖相同的條件下,仍然保持光的單模傳輸特性。研究了其在前向泵浦、后向泵浦和雙向泵浦條件下,泵
4、浦光和信號(hào)光的傳輸規(guī)律及其激光輸出特性;研究結(jié)果顯示,與GG-IAG光纖相比,增益導(dǎo)引-折射率交替導(dǎo)引光纖的激光閾值顯著降低,輸出激光效率明顯提高,解決了GG-IAG光纖輸出效率低下的問題,為實(shí)際應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ),豐富了GG-IAG光纖的理論體系。建立了增益導(dǎo)引-折射率交替導(dǎo)引大模場(chǎng)光纖三維溫度分布函數(shù),研究了其在穩(wěn)態(tài)作用下,溫度隨光纖半徑方向和長(zhǎng)度方向的分布特征,研究結(jié)果為光纖激光器的散熱提供解決方案。
4.對(duì)增益導(dǎo)引-折
5、射率反(正)導(dǎo)引光纖預(yù)制棒的纖芯和包層材料進(jìn)行了設(shè)計(jì)制備。研究了釹離子摻雜濃度對(duì)激光玻璃光譜性能的影響規(guī)律,通過J-O理論和McCumber理論等對(duì)光譜參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算表征,得到了光譜性能優(yōu)良的纖芯玻璃材料。通過對(duì)玻璃配方設(shè)計(jì)調(diào)整,匹配了折射率反(正)導(dǎo)引光纖的包層材料,有效控制了纖芯和包層材料在光學(xué)性能、溫度性能和機(jī)械性能等各方面的融合性。通過管棒法制備了增益導(dǎo)引-折射率反(正)導(dǎo)引大模場(chǎng)光纖預(yù)制棒,并拉制了230μm-790μm范圍內(nèi)
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