高功率摻鐿光纖激光器及關(guān)鍵器件研究.pdf

1、摻鐿光纖激光器從20世紀(jì)60年代誕生以來，已經(jīng)歷了半個世紀(jì)的發(fā)展。隨著光纖制造工藝以及半導(dǎo)體激光器生產(chǎn)技術(shù)日益成熟，摻鐿光纖激光器在近十年來發(fā)展迅速。目前已經(jīng)在科研、通訊、工業(yè)應(yīng)用以及醫(yī)療等領(lǐng)域發(fā)揮越來越多的作用。摻鐿光纖激光器在向高功率、集成化方向發(fā)展中也面臨著一些技術(shù)和關(guān)鍵器件的挑戰(zhàn)。
　　本論文主要對高功率摻鐿光纖激光器以及關(guān)鍵器件開展研究。論文工作主要從四方面展開：首先根據(jù)速率方程理論對光纖激光器理論模型并對輸出特性進(jìn)行模

2、擬；其次，對20W合束泵浦光纖激光器及其光纖合束器的制備展開研究；然后對300W摻鐿雙包層光纖激光器展開實(shí)驗(yàn)研究，同時解決了小孔光闌的開孔直徑和散熱問題以及雙色鏡透過率的熱穩(wěn)定性問題，并且對光纖端面損傷問題進(jìn)行了分析及提出解決方案。最后，介紹了全光纖激光器實(shí)驗(yàn)，并制備了關(guān)鍵器件之一的光纖光柵進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究和分析。本論文工作主要研究內(nèi)容如下：
　　（1）推導(dǎo)光纖激光器理論模型。從速率方程出發(fā)建立光纖激光器系統(tǒng)中激光、泵浦光功率等特性參

3、數(shù)的理論模型。并對本論文中使用的摻鐿雙包層光纖進(jìn)行理論模擬。
　?。?）系統(tǒng)研究了20W合束泵浦光纖激光器及關(guān)鍵器件。對光纖合束器的制備進(jìn)行研究，同時實(shí)驗(yàn)分析了烽火公司7×1光纖合束器性能。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明光纖合束器的整體透過率可以達(dá)到接近92％，插入損耗0.4dB。實(shí)驗(yàn)測試得到摻鐿雙包層光纖的吸收效率為0.54dB/m，最佳光纖長度在20m左右。采用6合1光纖合束器耦合6個915nmLD，單端泵浦國產(chǎn)摻鐿雙包層光纖并輸出中心波長為1

4、106nm連續(xù)激光，最大輸出功率達(dá)到了20.5w，斜率效率達(dá)75%。
　?。?）系統(tǒng)研究了300W摻鐿雙包層光纖激光器及關(guān)鍵器件。對高功率摻鐿光纖激光器實(shí)驗(yàn)中的三個關(guān)鍵技術(shù)和器件開展研究。一是采用石墨片作為小孔光闌基材，利用其高耐溫性和高熱導(dǎo)率性能。通過實(shí)驗(yàn)確定其開孔直徑3mm為最佳；二是通過調(diào)整諧振腔損耗解決光纖輸入端面損傷問題；三是采用高純度Zr2O3作為薄膜基材制成具有很高熱穩(wěn)定性的雙色鏡片，泵浦光透過率在400W以上時仍可

5、達(dá)到92%的透過率。因此當(dāng)泵浦功率最大時光纖激光器系統(tǒng)連續(xù)輸出功率達(dá)到了332W，且能長時間穩(wěn)定輸出，斜率效率為78.5%，閾值功率為7.6W。激光光譜中心波長為1104nm，頻譜寬度大約為13.6nm，剩余浦光不足2%。
　?。?）制備和分析光纖光柵并實(shí)現(xiàn)全光纖激光器。本論文采用飛秒激光在光纖中刻寫光柵的方案，利用相位掩膜法分別在 HI1060普通單模光纖和全固態(tài)光子帶隙光纖中刻寫光柵。其中HI1060單模光纖光柵的布拉格波長為

6、分別為1063.93nm和1063.95nm，峰值反射率分別為99.97%和84.76%，譜寬為0.5nm。全固態(tài)光子帶隙光纖刻寫光柵后其透射譜中出現(xiàn)兩個透射峰值波長，分別為1538.40nm和1537.12nm，并通過有限元理論進(jìn)行分析與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)相符。另外發(fā)現(xiàn)光柵在溫度變化時兩個透射譜峰值隨溫度漂移量分別為12.01和12.04pm/℃；隨軸向應(yīng)變的漂移量分別為0.968和0.954pm/με。最后，實(shí)驗(yàn)上采用HI1060單模光纖刻寫