高功率大模場摻鐿光纖放大器脈沖泵浦的研究.pdf

1、在稀土摻雜光纖放大器中，摻鐿(Yb3+)光纖放大器具有寬吸收譜、高能量轉(zhuǎn)換效率、高飽和輸出功率和高光束質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，尤其適宜高功率放大輸出，可以作為高能激光裝置中的光脈沖放大系統(tǒng)。此類系統(tǒng)通常要求輸出光束具有高輸出能量、高光束質(zhì)量、高信噪比(SNR)，高功率摻Y(jié)b3+光纖放大器是決定高能激光裝置輸出特性的關(guān)鍵參數(shù)。但高功率光纖放大器中往往伴隨有較大的放大自發(fā)輻射(ASE)、非線性效應(yīng)和飽和失真等問題，嚴(yán)重影響了放大器的信噪比、脈沖波形、光

2、譜和增益。大模場面積(LMA)光纖放大器的引入可以有效提高非線性閾值，逐漸成為高功率光纖放大器的發(fā)展趨勢。然而，由于數(shù)值孔徑不能無限減小，模場面積的不斷擴(kuò)展導(dǎo)致光纖中少模或多模的運(yùn)轉(zhuǎn)。另一方面對于高能放大過程中如何有效抑制ASE噪聲問題，目前少有公認(rèn)的有效方法。本文從ASE產(chǎn)生機(jī)理出發(fā)，圍繞如何在高功率大模場面積摻Y(jié)b3+光纖放大器中有效抑制ASE噪聲等問題展開理論研究，主要內(nèi)容包括：
　　 1.提出在高功率放大器中采用脈沖泵浦

3、方式，提高泵浦能量利用率，抑制ASE噪聲，校正波形畸變等思想。詳細(xì)闡述了脈沖泵浦方式的基本原理；建立了脈沖泵浦的理論計(jì)算模型，討論了ASE建立時(shí)間與泵浦功率的關(guān)系；研究了脈沖泵浦對ASE的抑制和對信號時(shí)域波形畸變的校正作用；比較連續(xù)泵浦和脈沖泵浦方式下信號增益和ASE噪聲功率，對泵浦寬度、泵浦功率、信號延遲注入時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。研究發(fā)現(xiàn)，與連續(xù)(CW)泵浦相比，脈沖泵浦光纖激光器泵浦能量利用率大大提高，可以有效抑制ASE；通過調(diào)節(jié)

4、泵浦脈沖和信號脈沖的時(shí)間延遲，可以優(yōu)化SNR，在本文設(shè)定的條件下，其對應(yīng)的SNR提高18 dB；調(diào)節(jié)泵浦脈沖和信號脈沖的時(shí)間延遲亦可以校正信號波形畸變；對于級聯(lián)放大情況，當(dāng)前級輸出信號攜帶一定的噪聲入射到下一級放大器時(shí)，連續(xù)泵浦方式下信號增益大幅下降，而在脈沖泵浦方式中信號增益變化不大。
　　 2.將光纖截面模場分布函數(shù)和功率填充因子引入經(jīng)典光纖放大器理論分析模型，對纖芯內(nèi)模式競爭的物理機(jī)制進(jìn)行了研究。將多模光纖中ASE噪聲的計(jì)

5、算引入改進(jìn)后的放大器模型，通過功率填充因子將經(jīng)典與改進(jìn)模型聯(lián)系對應(yīng)，對照了兩種方法下信號增益及ASE的輸出結(jié)果。研究發(fā)現(xiàn)，填充因子相同時(shí)兩種模型信號輸出功率接近；不同模式對應(yīng)不同填充因子，并顯著影響該模式信號光輸出功率，填充因子是表征不同模式在競爭中強(qiáng)弱地位的有效指標(biāo)。改進(jìn)前后的放大器模型在計(jì)算放大信號功率時(shí)差異較小，而在計(jì)算ASE功率時(shí)差異較大。
　　 3.研究大模場面積增益光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)對光纖放大器性能的影響。從光纖模式理論出