大功率光纖激光源中熱效應和受激布里淵散射的抑制與半導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長、結構緊湊、散熱好和輸出光束質量高等優(yōu)點，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)療等領域具有重要地位和美好的應用前景。但是隨著光纖激光源輸出功率不斷的提升，熱效應和受激布里淵散射現象會成為限制功率增長的障礙。本論文結合所承擔的國家863重大項目，針對如何抑制光纖激光源中熱效應和受激布里淵散射的問題進行了系統(tǒng)深入的研究，獲得主要創(chuàng)新成果如下： 1.分別針對大功率雙包層光纖放大器和激光器中

2、熱效應的抑制問題，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功率和泵浦點之間的光纖長度，從而實現光纖中均勻的溫度分布和較低的最高工作溫度，同時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，并分別對單頻多芯和單芯光纖放大器完善了描述抽運光、信號光和Stokes信號的速率方程組，考慮了溫度差對受激布里淵散射的影響。通過對單芯和19芯光纖放大器的分析比較可以發(fā)現，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，因此對進一步提升輸出功率提供了更大空間。 3.針對基于塔耳博特腔選模存在的兩點不足，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構光纖的選模方法，通過優(yōu)化微結構光纖的尺寸參數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。對19芯和37芯光纖激光器進行了數值計算，研究表明基于微結構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源，但是如果其束腰半徑偏離最佳值會導致嚴重的輸出光束質量劣化，針對此問題提出一種新的方法用于降低多芯光纖放大器對激勵光源參數精度的要求，并兼顧輸出光束質量和斜率效率。 5.利用直角棱鏡片制作了半導體激光器線陣的光束整形器，其具有體積小、結構緊湊和安裝容易的特點，整形后的光束可以耦合進直徑650μm，數值孔徑為0.46的光纖，效率為52.6％，可以通過進一步提高安