摻鐿雙包層光纖激光器研究.pdf

1、與傳統(tǒng)的固體激光器相比，光纖激光器具有很多優(yōu)點，如高效率、高光束質量、可靠性好、結構緊湊以及散熱性好等。摻鐿(Yb3+)光纖激光器由于能級結構簡單、無激發(fā)態(tài)吸收、增益譜寬易于調諧等優(yōu)點受到了極大的關注。與傳統(tǒng)的光纖不同，雙包層光纖在纖芯外面增加了一個內包層。在雙包層光纖激光器中，泵浦光在內包層中傳輸，被摻雜纖芯吸收，從而產生激光輸出。由于內包層有較大的幾何尺寸和數值孔徑，因此，雙包層光纖激光器能將更高的泵浦功率耦合到光纖中，得到高功率的

2、激光輸出。除了耦合到光纖中的泵浦光功率外，影響雙包層光纖激光器輸出功率提高的主要因素有熱效應和非線性效應。 本論文理論和實驗研究了摻Yb3+雙包層光纖激光器的特性，主要內容可概括如下： 1、分析了雙包層光纖激光器的特點、泵浦方式、研究現狀和應用前景。 2、分析了Yb3+的能級結構和躍遷截面。根據光纖激光器的速率方程，利用打靶法，理論研究了摻Yb3+雙包層光纖激光器中激光和泵浦光的功率分布，分析了后腔鏡反射率、摻雜

3、濃度、散射損耗系數、泵浦光波長對光纖激光器特性的影響，為設計摻Yb3+雙包層光纖激光器提供了理論依據。 3、采用將光纖分段的方法，理論研究了單點側向泵浦雙包層光纖激光器的特性，分析了不同泵浦光分布條件下，光纖中的正反向激光功率分布，以及泵浦點位置變化對輸出激光功率的影響。 4、建立了端面泵浦摻Yb3+雙包層光纖激光器的實驗系統(tǒng)，解決了光纖激光器的端面泵浦耦合、光纖端面研磨、泵浦半導體激光器波長控制等問題。實驗得到了輸出功

4、率為3.87W、斜率效率為70％的單模雙包層光纖激光器。 5、實驗研究了大纖芯、短腔長光纖激光器，得到了不同光纖長度下，光纖激光器的輸出特性。實驗研究了不同彎曲半徑下，大纖芯摻Yb3+雙包層光纖激光器的輸出特性。通過改變摻Yb3+光纖激光器的溫度，實現了可調諧光纖激光器，調諧范圍為11.4nm。降低前腔鏡的反射率，調節(jié)光纖端面與前腔鏡的距離形成Fabry-Perot濾波器，實驗研究了雙包層光纖激光器的窄線寬輸出特性。 6

5、、研究了角度磨拋側向耦合。采用幾何光學的方法，理論推導了角度磨拋側向耦合的效率與磨拋角度的關系。計算了在不同的光學膠折射率、內包層以及多模光纖的數值孔徑下，耦合效率與磨拋角度的關系。在現有的條件下，實驗制作了角度磨拋側向耦合器。 7、從熱傳導方程出發(fā)，考慮泵浦光沿z方向變化的條件下，推導了高功率摻Yb3+雙包層光纖激光器中溫度、應力及折射率分布的表達式，并進行了理論計算。研究了泵浦光的吸收系數、包層半徑、冷卻方式對高功率光纖激光

6、器中溫度分布的影響。研究了不同泵浦方式下，高功率光纖激光器的溫度和激光功率的分布特性。所得的結論對減小高功率雙包層光纖激光器熱效應具有重要的意義。 8、根據激光制冷的概念，提出了輻射平衡雙包層光纖激光器，建立了相應的理論模型。數值分析了輻射平衡光纖激光器中泵浦光和激光的強度分布，以及光纖參數和腔鏡反射率對輸出特性的影響，為實現這種光纖激光器提供了理論依據。 9、分析了無源光纖中受激拉曼散射的基本特性。對高功率摻Yb3+雙