高功率摻銩雙包層石英光纖激光性能研究.pdf

1、高功率摻銩光纖激光器在軍事、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。摻銩石英光纖作為其核心器件之一決定著摻銩光纖激光器的絕大部分性能。由于涉及到軍事國(guó)防，國(guó)外高性能摻銩石英光纖對(duì)我國(guó)禁運(yùn)，因此大力發(fā)展自主研發(fā)的高功率摻銩光纖有著重大意義。本論文基于高功率摻銩光纖激光器關(guān)鍵技術(shù)和自建平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)摻銩光纖高功率輸出為主要工作；并基于摻銩光纖的輻照環(huán)境應(yīng)用需要，探究了摻銩光纖的輻照特性。
　　本論文首先從摻銩光纖理論出發(fā)，闡述銩離子在石英光纖中光

2、學(xué)特性和相互作用；詳細(xì)介紹了在不同暗化源的作用下，摻銩石英光纖的光子暗化現(xiàn)象。摻銩光纖的光子暗化是銩離子在泵浦源的作用下發(fā)射高能光子，使石英光纖產(chǎn)生色心缺陷；根據(jù)銩離子的能級(jí)結(jié)構(gòu)，分析了摻銩石英光纖的泵浦機(jī)制。基于普遍采用的793nm泵浦方式，分析了摻銩光纖中的溫度分布。
　　基于MCVD制棒工藝和液相摻雜技術(shù)，介紹了高性能雙包層摻銩石英光纖的制備過程。
　　基于低損耗熔接技術(shù)，高衰減包層光濾除技術(shù)和端帽的制作闡述了高功率摻

3、銩石英光纖測(cè)試平臺(tái)和摻銩光纖激光器的搭建。低損耗熔接是實(shí)現(xiàn)全光纖激光器的關(guān)鍵；包層光濾除是為了保證激光器輸出的單色性和光束質(zhì)量；端帽用于保護(hù)大功率激光器的輸出端頭和抑制反射光對(duì)光纖器件的損傷。采用纖芯和包層直徑比為10/130的雙包層摻銩光纖搭建直腔結(jié)構(gòu)摻銩光纖激光器，實(shí)現(xiàn)23.6W輸出，斜率效率52.36％，中心波長(zhǎng)2002nm；采用25/250雙包層摻銩石英光纖搭建百瓦級(jí)直腔結(jié)構(gòu)摻銩光纖激光器，實(shí)現(xiàn)121W輸出，斜率效率51%，中心

4、波長(zhǎng)1915nm；采用25/400的雙包層摻銩石英光纖搭建MOPA結(jié)構(gòu)摻銩光纖激光器，實(shí)現(xiàn)294W輸出，斜率效率49.61%，中心波長(zhǎng)1981nm。基于1915nm摻銩光纖激光器泵浦，研究了25/400雙包層摻銩石英光纖同帶泵浦下的激光特性。實(shí)現(xiàn)了63W輸出，中心波長(zhǎng)1981nm，斜率效率79%。同帶泵浦下?lián)戒A光纖的斜率明顯高于793nm泵浦下的斜率效率，且實(shí)驗(yàn)證明摻銩光纖熱管理相對(duì)簡(jiǎn)單一些。采用包層同帶泵浦方式泵浦外包層為摻 F玻璃層

5、的摻銩光纖是實(shí)現(xiàn)幾千瓦級(jí)甚至更高功率的2μm激光的可行方法。
　　基于稀土摻雜光纖在輻照環(huán)境應(yīng)用需要，探究了摻銩石英光纖在輻照環(huán)境中的光學(xué)特性，并發(fā)現(xiàn)了摻銩光纖具有泵浦漂白特性。摻銩石英光纖在受到伽馬射線輻照后，其激光斜率下降；在可見光及近紅外波段出現(xiàn)明顯的附加吸收損耗。且輻照劑量越大，上述現(xiàn)象越明顯。在793nm半導(dǎo)體泵浦源穩(wěn)定持續(xù)泵浦下，摻銩光纖的輸出功率會(huì)漸漸提升，斜率效率明顯回升，在可見光及紅外波段的附加吸收損耗也逐漸消失