短腔鉺鐿共摻光纖激光器的研究與制作.pdf

1、摻鉺光纖激光器(EDFL)在光纖通信、傳感、測(cè)距以及工業(yè)加工等領(lǐng)域有著良好的應(yīng)用前景。由于單位長(zhǎng)度增益的限制,傳統(tǒng)EDFL所用的增益光纖長(zhǎng)度普遍較長(zhǎng),制約了其應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)一步向小型化、集成化發(fā)展。已有研究表明鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃具有良好的吸收和增益特性。磷酸鹽玻璃對(duì)稀土離子的可溶度高,可以共摻較高濃度鉺(Er3+)、鐿(Yb3+)離子,在980nm波段光波抽運(yùn)下,Yb3+的吸收截面比Er3+的要大近一個(gè)數(shù)量級(jí),可以有效吸收抽運(yùn)光能量,并通過(guò)

2、能量傳遞過(guò)程(ET)把吸收到的能量傳遞給Er3+。較高的能量吸收和傳遞效率保證了Er3+上能級(jí)4I13/2的粒子數(shù)布居,使成纖后的單位長(zhǎng)度增益大大提高。利用這種材料制作成的光纖可以在很短的長(zhǎng)度內(nèi)(10厘米量級(jí))實(shí)現(xiàn)較高功率的激光輸出。 本文首先對(duì)光纖器件特別是光纖激光器的發(fā)展作了簡(jiǎn)單的背景介紹。由于光纖材料本身的發(fā)光特性對(duì)光纖器件的性能有著決定性的影響,本文接著在第二章就鉺鐿共摻材料的光譜性質(zhì)進(jìn)行了闡述。主要通過(guò)光譜測(cè)量和數(shù)據(jù)擬

3、合等方法,如通過(guò)測(cè)量到的發(fā)射光譜、吸收光譜等分析材料中稀土離子的躍遷過(guò)程,對(duì)鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃材料的發(fā)光及激光特性進(jìn)行研究和討論。特別地,鉺離子4I13/2能級(jí)的熒光壽命是一個(gè)重要光譜參數(shù),一定程度上表征了實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的難易程度。它可能會(huì)隨離子摻雜濃度、激發(fā)功率和工作溫度的改變而變化。我們利用熒光光譜儀,建立起一套熒光壽命測(cè)量裝置,測(cè)量了975nmLD激發(fā)下鉺鐿共摻磷酸鹽玻璃1.54μm熒光壽命,研究了Er3+離子4I13/2能級(jí)壽命

4、隨摻雜濃度、抽運(yùn)功率和工作溫度的變化及其影響機(jī)理。 第三章是短腔鉺鐿共摻光纖激光器的理論研究。分別從工作物質(zhì)、抽運(yùn)光源和諧振腔設(shè)計(jì)三方面介紹了其工作原理。然后,從鉺鐿共摻體系的六能級(jí)速率方程組出發(fā),結(jié)合功率傳輸方程建立起一個(gè)數(shù)學(xué)模型,對(duì)高增益鉺鐿共摻光纖激光器的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行數(shù)值模擬研究,考察了后腔鏡反射率、光纖長(zhǎng)度以及鉺鐿離子摻雜濃度對(duì)激光輸出功率的影響。第四章介紹了我們基于8.4cm和10.4cm兩段高濃度摻雜鉺鐿共摻光纖,采