摻鐿雙包層光纖激光器理論及實驗研究.pdf

1、光纖激光器以其低閾值、高效率、高光束質量、可靠性好、結構緊湊和散熱性好等諸多優(yōu)點，從一開始就受到普遍重視，并廣泛應用于光通訊、航空航天、生命科學、軍事及工業(yè)領域。近年來，雙包層光纖的出現(xiàn)，將光纖激光器的輸出從毫瓦量級提高到了百瓦乃至千瓦量級，大大擴展了光纖激光器的應用范圍，隨著相關器件及技術的迅速發(fā)展，雙包層光纖激光器的性能和功率也在不斷提高。由于鐿離子的發(fā)射譜主要位于1μm波段，因而摻鐿雙包層光纖是產生1μm波段激光輸出的首選。本論文

2、將從理論和實驗兩方面對連續(xù)波摻鐿雙包層光纖激光器進行研究。完成的主要工作有以下幾個部分： 1、應用IdoKelson的激光模型，系統(tǒng)性的對摻鐿雙包層光纖激光器的理論進行了研究。理論模擬了光纖長度、摻雜濃度、抽運方式、輸出耦合鏡反射率等因素對雙包層光纖激光器輸出特性的影響，為雙包層光纖激光器的研制提供了理論依據(jù)。 2、雙包層光纖激光器的研制：對摻鐿雙包層光纖激光器的關鍵技術進行探索，掌握了將抽運光高效耦合進雙包層光纖的關鍵

3、技術：使用自制研磨盤對光纖端面加工獲得優(yōu)良的光學面，并根據(jù)光纖及LD參數(shù)，設計透鏡耦合系統(tǒng)，LD到雙包層光纖的耦合效率達到43％，選用具有D形內包層的國產摻鐿雙包層光纖，采用F-P腔結構，用尾纖輸出976nm的半導體激光器端面抽運單模雙包層光纖，實現(xiàn)了1.4W的激光輸出，中心波長1087nm、斜率效率25％； 3、重點對雙包層光纖激光器實現(xiàn)窄線寬輸出、溫度調諧和彎曲選模進行了理論及實驗研究，具體內容如下： (1)窄線寬輸

4、出：采用腔內諧振的方法，實現(xiàn)了雙包層光纖激光器穩(wěn)定的窄線寬輸出，激光譜寬0.14nm，輸出光譜穩(wěn)定； (2)溫度調諧：國內首次對小功率輸出的雙包層光纖激光器熱效應進行研究。溫度變化80度的范圍內，激光器輸出波長向長波方向移動了11.7nm，實驗中未發(fā)現(xiàn)激光器其他參數(shù)的明顯變化。我們給出了詳細的理論解釋，建立了溫度與雙包層光纖激光器振蕩波長的理論模型。 (3)多模光纖彎曲選模：理論模擬了彎曲半徑及激光器參數(shù)對光纖激光器輸出

5、特性的影響，計算表明，通過選擇合適的彎曲半徑可以用多模光纖獲得基模輸出。對國產多模雙包層光纖進行彎曲選模實驗，獲得了衍射極限的激光輸出。 4、多點抽運雙包層光纖激光器理論及實驗研究： (1)對多點抽運(端面和側面)的雙包層光纖激光器進行理論模擬。模擬結果表明，采用多點抽運能夠平滑增益和光纖內的光功率分布，有利于使用多個小功率輸出的LD抽運雙包層光纖，獲得大功率激光輸出；由于側向抽運使光纖端面空閑，因此對雙包層光纖放大器的

6、研制具有重要意義 (2)對多點抽運雙包層光纖激光器的損耗機理進行了研究，主要有兩個方面：a)含有側向抽運點的多點抽運時，部分抽運光會從LD尾纖與內包層的連接點泄漏；b)LD尾纖與雙包層光纖內包層連接產生的損耗。理論計算表明：連接角度對抽運光的泄漏影響很大，通常要求連接角度很小(～10°)才能保證較高的耦合效率，增加內包層數(shù)值孔徑可以在增大連接角的同時提高耦合效率，這點對實際工作非常重要。 (3)采用粘接法對側向耦合技術進