MOPA光纖激光系統(tǒng)放大級(jí)增益光纖特性與高質(zhì)量種子源關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、相比于普通的雙包層線形腔高功率光纖激光器，主振蕩光功率放大(MOPA)光纖激光系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)靈活、效率高、體積小、重量輕、光束質(zhì)量好等優(yōu)點(diǎn)。隨著光纖激光器應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，如:超高精度傳感、臨床治療、工業(yè)加工、自由空間光通信、激光武器等領(lǐng)域，對(duì)于高功率和高光束質(zhì)量的要求變得愈來愈高。未來MOPA光纖激光系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)將是兼具高功率和高光束質(zhì)量的全光纖系統(tǒng)，研究方向?qū)⒅饕性趦蓚€(gè)方面:放大級(jí)增益光纖的選型、設(shè)計(jì)和特性研究以及高質(zhì)量種子源

2、光纖激光器及其關(guān)鍵技術(shù)研究。鑒于此，本論文的主要工作是放大級(jí)增益光纖內(nèi)部殘余應(yīng)力和折射率特性及高質(zhì)量種子源光纖激光器關(guān)鍵技術(shù)研究，取得的主要研究成果和創(chuàng)新點(diǎn)如下:
　　(1)利用先進(jìn)的三維殘余應(yīng)力和折射率聯(lián)合表征技術(shù)，首次對(duì)大模場(chǎng)單模摻鉺光纖(LMA-SM-EDF)內(nèi)部殘余應(yīng)力和折射率特性進(jìn)行了聯(lián)合表征，分別就光纖制作、光纖切割和電弧熔接等操作對(duì)LMA-SM-EDF內(nèi)部殘余應(yīng)力和折射率特性造成的影響和擾動(dòng)進(jìn)行了深入細(xì)致和定量的實(shí)驗(yàn)

3、研究與理論分析。研究結(jié)果對(duì)于未來大模場(chǎng)面積增益光纖的設(shè)計(jì)、制作和應(yīng)用以及高功率全光纖激光器和放大器的制作和優(yōu)化都具有重要的指導(dǎo)意義。
　　(2)首次對(duì)大模場(chǎng)單模摻鐿光纖(LMA-SM-YDF)的電弧熔接特性進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)通常被忽略的熔接操作引起的殘余應(yīng)力和折射率擾動(dòng)對(duì)于光纖接續(xù)和模式傳輸特性的影響非常嚴(yán)重，并通過仿真模擬對(duì)造成的影響進(jìn)行了定量的研究，結(jié)果證明熔接操作引起LMA-SM-YDF模場(chǎng)直徑變化率可達(dá)到39.6％，殘余

4、應(yīng)力和凍結(jié)粘彈性釋放以及高濃度鐿離子的擴(kuò)散共同引起的纖芯/包層折射率差變化率可達(dá)到75.8％。
　　(3)在對(duì)光纖Bragg光柵和光纖F-P濾波器進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，提出一種基于F-P濾波器的單頻單偏振摻鉺光纖激光器。通過對(duì)光纖Bragg光柵進(jìn)行簡(jiǎn)單的拉伸調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了4個(gè)單頻激光波長(zhǎng)之間的可切換運(yùn)行。經(jīng)過5h測(cè)量，激光器的輸出波長(zhǎng)波動(dòng)小于0.01nm、功率波動(dòng)小于0.04dB、偏振度(DOP)接近于100％、光信噪比高于6

5、0dB。如使用具有更寬反射譜特性的啁啾莫爾(Chirped Moire)光纖Bragg光柵F-P濾波器，本激光器的性能將會(huì)有進(jìn)一步的提升。
　　(4)在對(duì)復(fù)合腔結(jié)構(gòu)選模特性進(jìn)行理論分析的基礎(chǔ)上，分別提出基于級(jí)聯(lián)非對(duì)稱復(fù)合三腔結(jié)構(gòu)、并聯(lián)非對(duì)稱復(fù)合四腔結(jié)構(gòu)和混合型復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量單波長(zhǎng)單頻摻鉺光纖激光器。級(jí)聯(lián)非對(duì)稱復(fù)合三腔結(jié)構(gòu)和并聯(lián)非對(duì)稱復(fù)合四腔結(jié)構(gòu)提供了兩種簡(jiǎn)單、低成本的單頻光纖激光器實(shí)現(xiàn)方法，激光輸出質(zhì)量?jī)?yōu)秀、穩(wěn)定性高?；旌闲蛷?fù)

6、合腔結(jié)構(gòu)由一個(gè)長(zhǎng)有源線形主腔和一個(gè)短無源環(huán)形子腔構(gòu)成，配合使用未泵浦摻鉺光纖可飽和吸收體，激光器實(shí)現(xiàn)了高穩(wěn)定的單頻輸出，在1h觀測(cè)時(shí)間內(nèi)的波長(zhǎng)和功率波動(dòng)分別為小于0.7pm和0.07dB;輸出線寬為650Hz、光信噪比為67dB、偏振度接近100％、偏振消光比為30.57dB;通過使用特殊的光柵重涂覆技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了約8.1nm的波長(zhǎng)寬調(diào)諧范圍;激光器的大部分輸出指標(biāo)參數(shù)均已高于已報(bào)道同類激光器。
　　(5)提出一種基于混合型復(fù)合三腔

7、結(jié)構(gòu)的可切換以及波長(zhǎng)間隔可調(diào)諧雙波長(zhǎng)光纖激光器。在雙波長(zhǎng)工作模式下，激光器的波長(zhǎng)間隔可以從0.430nm調(diào)諧到4.487nm，而且兩個(gè)波長(zhǎng)激光輸出具有相同的偏振方向，可以用于制作可調(diào)諧微波信號(hào)發(fā)生器。在單波長(zhǎng)工作模式下，激光器既可工作于固定波長(zhǎng)1544.108nm(λ1)處，也可作為可調(diào)諧激光器工作，調(diào)諧范圍為1544.538nm～1548.595nm(λ2)，而且兩個(gè)波長(zhǎng)的線寬分別達(dá)到了760Hz和810Hz。無論工作在何種模式下，激

8、光輸出偏振消光比都達(dá)到了30dB以上，可以用于對(duì)單偏振要求較高的場(chǎng)合。此外，激光器具有高波長(zhǎng)和功率穩(wěn)定性以及高輸出光信噪比。
　　(6)提出一種基于新型環(huán)形復(fù)合腔結(jié)構(gòu)的可切換以及波長(zhǎng)間隔可調(diào)諧雙波長(zhǎng)光纖激光器。使用的復(fù)合腔結(jié)構(gòu)具有優(yōu)秀的選模能力，激光器具有高輸出穩(wěn)定性和光信噪比。在雙波長(zhǎng)工作模式下，激光器的波長(zhǎng)間隔可以從0nm調(diào)諧到4.83nm，可以用于制作可調(diào)諧微波信號(hào)發(fā)生器，調(diào)諧范圍可達(dá)0～606GHz。在單波長(zhǎng)工作模式下，激