脉冲光纤激光功率放大的研究

论文摘要

在某些激光应用中,往往要求激光具有很高的能量（或功率）,但欲获得高能量激光,仅靠激光器来实现存在诸多困难,这是因为提高激光器的输出功率与其它指标（如单色性、脉宽、调制性能、光束发散角等）是相矛盾的。利用调Q或锁模技术,可以获得极高的峰值功率,其峰值功率之所以很高,是由于把能量压缩在极短的时间内释放出来的缘故,但是这种高峰值功率的激光器实际上所输出的能量往往并不一定很大。因此,为了获得性能优良的高能量激光,采用种子源主振放大技术（MOPA）成为一种理想选择。本论文研究以二极管激光器做泵浦源,掺Yb3+双包层光纤为增益介质,利用种子源主振放大技术（MOPA）实现的脉冲光纤激光器。本文所做的工作主要有以下几个方面:（1）对国内外光纤激光器领域内的研究现状和发展方向进行了综述,重点介绍了MOPA技术的特点和优势,介绍了本课题研究的现实意义。（2）分析了双包层光纤的特性,详细阐述了种子源主振放大方式中的脉冲光纤放大器的工作原理。（3）借助行波放大的瞬态方程对在双包层掺Yb3+光纤中采用976nm光泵浦,放大1064nm小种子脉冲从而获得高能量激光脉冲的这一过程做数值分析,主要分析了:在某个泵浦功率下初始反转粒子数分布,不同的光纤长度、泵浦功率、输入激光脉冲对输出激光的影响以及单个脉冲的波形畸变。（4）以上述理论分析为依据,对实验进行优化设计,并对最后的实验结果进行分析,找出理论模型的不足。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 光纤激光器的发展概况
• 1.1.1 光纤激光器的特点
• 1.1.2 脉冲光纤激光器
• 1.2 脉冲光纤放大器的发展现状与应用前景
• 1.2.1 脉冲光纤放大器的国内外研究现状
• 1.2.2 脉冲光纤放大器的应用及发展趋势
• 1.3 本论文的主要工作及创新点
• 1.3.1 本论文的主要工作
• 1.3.2 本论文的创新点
• 第二章 脉冲光纤放大器的理论分析
• 2.1 双包层光纤
• 2.1.1 包层泵浦技术的提出
• 2.1.2 双包层光纤的结构
• 2.1.3 内包层对泵浦光吸收效率的影响
• 3+的光谱特性'>2.2 Yb³⁺的光谱特性
• 3+的能级结构'>2.2.1 Yb³⁺的能级结构
• 3+的发射截面与吸收截面'>2.2.2 Yb³⁺的发射截面与吸收截面
• 3+双包层脉冲光纤放大器的理论模型'>2.3 掺Yb³⁺双包层脉冲光纤放大器的理论模型
• 2.3.1 脉冲放大理论
• 2.3.2 脉冲光纤放大器的速率方程和功率传输方程
• 2.4 本章小结
• 第三章 脉冲光纤放大器模型的数值分析
• 3.1 稳态分析
• 3.1.1 龙格-库塔方法
• 3.1.2 脉冲光纤放大器模型的龙格-库塔方法
• 3.1.3 结果分析
• 3.2 瞬态分析
• 3.2.1 有限差分方法
• 3.2.2 脉冲光纤放大器模型的有限差分方法
• 3.2.3 结果分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 脉冲光纤放大器的实验分析
• 4.1 脉冲光纤放大器的结构
• 4.2 LD 泵浦源
• 4.3 泵浦耦合技术
• 4.3.1 端面泵浦耦合技术
• 4.3.2 侧面泵浦耦合技术
• 4.3.3 各种泵浦耦合方式的比较
• 4.4 双包层掺杂光纤的选择与优化
• 4.5 种子源的选择和种子光的耦合注入
• 4.6 实验结果
• 4.7 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻硕期间取得的研究成果