包层泵浦掺铥光纤激光器的研究

论文摘要

掺Tm3+光纤激光器在很多领域获得应用,如军事、医疗、高速通信、工业加工等,尤其在2μm左右人眼安全波长的特性更是研究热点,将来也会成为输出波长为2.5μm-12μm范围激光器的有效泵浦源。目前对掺Tm3+光纤激光器的研究以实验方法为主,采用包层泵浦、共掺、以及大功率多模半导体激光器工艺,不需要复杂的主动冷却设备,在常温下即可获得极高的输出功率和光束质量。但另一方面,掺铥光纤价格仍然十分昂贵。因此,深入研究激光器制备结构及性能受各种参数的影响规律,对于获得质优价廉的掺Tm3+光纤激光器具有重大意义。本文主要工作概括如下：1.从铥元素的能级结构出发,系统介绍了掺Tm3+光纤激光器的基本理论,包括光谱特性、基本结构、泵浦选择,尤其对包层泵浦方面作了详细介绍,并提出了掺Tm3+光纤激光器的三种泵浦方案：3H6→3H4、3H6→3H5、3H6→3F4,及对激光器性能构成影响的因素。2.理论研究掺Tm3+光纤激光器泵浦方案的基础上,建立3H6→3H4泵浦方案的数学模型,采用速率方程的方法对此方案进行MATLAB数值分析,详细阐述诸如光纤长度、掺杂浓度等重要参数对激光器性能的影响,并提出相关结论。3.利用自主研制的双包层D形掺铥光纤,搭建掺Tm3+光纤激光器的实验装置,完成泵浦源的测试工作,并针对异常情况予以分析；采用793nm的LD泵浦源,最终获得1930nm波长的激光输出,耦合效率达到65%。此外,在上述实验的基础上提出修改方案,并对今后的研究工作进行了展望。

论文目录

• 致谢
• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 掺铥光纤激光器的特点及应用
• 1.2 掺铥光纤激光器的国内外研究现状
• 1.3 课题研究的目的和意义
• 1.4 本文的主要工作
• 2 掺铥光纤激光器的基本理论
• 2.1 铥离子的一般特性
• 2.1.1 铥元素的基本特性
• 2.1.2 铥元素的能级结构
• 2.1.3 稀土离子间的相互作用
• 2.2 包层泵浦掺铥光纤激光器的基本结构与泵浦选择
• 2.2.1 包层泵浦掺铥光纤激光器的基本结构
• 2.2.2 掺铥光纤激光器的泵浦方案
• 2.2.3 掺铥光纤激光器的包层泵浦
• 2.3 掺铥光纤激光器性能的影响因素
• 2.3.1 基质材料
• 2.3.2 光纤长度
• 2.3.3 掺杂浓度
• 2.4 小结
• 3 掺铥光纤激光器的理论模型
• 3H₆→³H₄泵浦方案的理论模型'>3.1³H₆→³H₄泵浦方案的理论模型
• 3.2 包层泵浦光纤激光器有效吸收系数的理论基础
• 3.3 小结
• 4 掺铥光纤激光器的数值分析
• 4.1 数值分析中使用的参数值
• 4.2 影响输出功率的因素
• 4.2.1 光纤长度和掺杂浓度
• 4.2.2 输出耦合反射率
• 4.3 泵浦光的腔内分布
• 4.3.1 泵浦光功率沿光纤的分布
• 4.3.2 泵浦光功率在不同掺杂浓度下沿光纤的分布
• 4.3.3 交叉弛豫对泵浦光吸收效率的影响
• 4.4 小结
• 5 实验研究
• 5.1 实验装置搭建与测试
• 5.2 实验结果及其分析
• 5.3 小结
• 6 结论
• 6.1 本文工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集