大功率光纖激光源中熱效應(yīng)和受激布里淵散射的抑制與半導(dǎo)體激光器線陣的光束整形.pdf

1、大功率光纖激光源具有增益介質(zhì)長、結(jié)構(gòu)緊湊、散熱好和輸出光束質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，是其他激光器無法比擬的，這也決定了其在國防、工業(yè)和醫(yī)療等領(lǐng)域具有重要地位和美好的應(yīng)用前景。但是隨著光纖激光源輸出功率不斷的提升，熱效應(yīng)和受激布里淵散射現(xiàn)象會(huì)成為限制功率增長的障礙。本論文結(jié)合所承擔(dān)的國家863重大項(xiàng)目，針對(duì)如何抑制光纖激光源中熱效應(yīng)和受激布里淵散射的問題進(jìn)行了系統(tǒng)深入的研究，獲得主要?jiǎng)?chuàng)新成果如下： 1.分別針對(duì)大功率雙包層光纖放大器和激光器中

2、熱效應(yīng)的抑制問題，基于遺傳算法的思想提出一套優(yōu)化算法，用于合理安排分段泵浦方式下的抽運(yùn)功率和泵浦點(diǎn)之間的光纖長度，從而實(shí)現(xiàn)光纖中均勻的溫度分布和較低的最高工作溫度，同時(shí)確保具有最大的斜率效率2.利用多芯光纖作為大功率單頻光纖放大器的增益介質(zhì)，并分別對(duì)單頻多芯和單芯光纖放大器完善了描述抽運(yùn)光、信號(hào)光和Stokes信號(hào)的速率方程組，考慮了溫度差對(duì)受激布里淵散射的影響。通過對(duì)單芯和19芯光纖放大器的分析比較可以發(fā)現(xiàn)，19芯光纖放大器在確保受激

3、布里淵散射增益小于增益閾值的前提下具有較低的最高工作溫度，因此對(duì)進(jìn)一步提升輸出功率提供了更大空間。 3.針對(duì)基于塔耳博特腔選模存在的兩點(diǎn)不足，即同相位模式輸出功率比例偏低和光纖激光器斜率效率偏低，提出了一種基于微結(jié)構(gòu)光纖的選模方法，通過優(yōu)化微結(jié)構(gòu)光纖的尺寸參數(shù)使得基模與多芯光纖的同相位模式具有最大的功率耦合系數(shù)。對(duì)19芯和37芯光纖激光器進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，研究表明基于微結(jié)構(gòu)光纖選模的多芯光纖激光器相比較傳統(tǒng)的塔耳博特腔多芯光纖激光

4、器具有明顯的優(yōu)勢。 4.高斯光束可以用作多芯光纖放大器的激勵(lì)源，但是如果其束腰半徑偏離最佳值會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的輸出光束質(zhì)量劣化，針對(duì)此問題提出一種新的方法用于降低多芯光纖放大器對(duì)激勵(lì)光源參數(shù)精度的要求，并兼顧輸出光束質(zhì)量和斜率效率。 5.利用直角棱鏡片制作了半導(dǎo)體激光器線陣的光束整形器，其具有體積小、結(jié)構(gòu)緊湊和安裝容易的特點(diǎn)，整形后的光束可以耦合進(jìn)直徑650μm，數(shù)值孔徑為0.46的光纖，效率為52.6％，可以通過進(jìn)一步提高安