一种基于受激布里渊散射的自调Q掺铒光纤激光器的研究

论文摘要

近几年光纤激光器在激光领域中得到了人们的广泛关注,随着全光纤光学器件的日益成熟与应用,使得全光纤结构的光纤激光器的研究也取得了突破性进展。窄脉冲、全光纤调Q光纤激光器一直是人们研究的热点。本文基于这种情况,针对目前所提出的基于受激布里渊散射(SBS)的自调Q光纤激光器,提出了一种简化的全光纤SBS自调Q激光器理论分析模型,研究了相应的数值分析方法,并通过实验验证了模型的可行性。本文首先介绍了光纤激光器的特点和研究现状,阐述了目前几种应用于光纤激光器的主要调Q手段,分析了SBS自调Q掺铒光纤激光器的特点。然后设计了自调Q掺铒光纤激光器的结构模型,并结合调Q过程和SBS理论详细分析了激光器谐振腔内光功率分布情况和反转粒子数分布情况。根据调Q激光器理论,最大反转粒子数是关键。首先对稳态情况进行数值仿真,然后以稳态仿真结果作为非稳态的初始条件,对调Q光脉冲输出特性进行数值仿真,最后根据仿真结果,由调Q理论进行分析,分析光纤激光器特征参数对调Q光脉冲输出特性的影响,建立了数值模型。按照设计的激光器结构,搭建实验装置进行实验。实验过程中,SBS效应要求信号光窄线宽和功率要达到SBS阈值,谐振腔的两个端面分别采用了光纤光栅和光纤干涉环。实验结论符合模型的数值仿真结论,验证了理论模型的可行性。调整SBS自调Q掺铒光纤激光器特征参数,通过100mW的泵浦功率,得到了脉冲宽度为8ns,峰值功率达到300瓦的脉冲激光输出。本文通过理论模型和实验模型,详细分析了激光器器件结构的调整对输出光脉冲的影响,为今后进一步研究大功率自调Q光纤激光器创造了条件。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题依据和研究意义
• 1.2 光纤激光器的调Q 的基本实现方式
• 1.2.1 电光调Q
• 1.2.2 声光调Q
• 1.2.3 可饱和吸收体调Q
• 1.2.4 非线性调Q
• 1.3 国内外发展和研究现状
• 1.4 论文结构
• 第二章 SBS 自调 Q 掺铒光纤激光器的理论分析模型
• 2.1 SBS 效应
• 2.1.1 背向散射
• 2.1.2 SBS 阈值推导
• 2.1.3 SBS 背向散射率的分析
• 2.2 激光器调Q 速率方程的分析
• 2.2.1 调Q 原理
• 2.2.2 调Q 速率方程
• 2.3 SBS 自调Q 掺铒光纤激光器的调Q 过程
• 2.3.1 掺铒光纤激光器能级结构
• 2.3.2 信号光放大过程
• 2.3.3 斯托克斯光放大过程
• 2.4 小结
• 第三章 SBS 自调Q 掺铒光纤激光器模型的数值分析
• 3.1 模型的求解算法
• 3.2 稳态条件下求法
• 3.2.1 龙格-库塔方法思想
• 3.2.2 SBS 自调Q 掺铒光纤激光器速率方程的龙格-库塔方法
• 3.3 非稳态条件下求解
• 3.3.1 差分方程的常用形式
• 3.3.2 差分形式的合理性分析
• 3.3.3 SBS 自调 Q 掺铒光纤激光器模型的差分方程
• 3.4 数值仿真
• 3.4.1 仿真参数的选取
• 3.4.2 通过matlab 进行仿真
• 3.5 小结
• 第四章 SBS 自调 Q 掺铒光纤激光器组成结构设计
• 4.1 掺铒光纤的选择
• 4.2 光纤光栅的选择
• 4.2.1 光纤光栅的基本理论
• 4.2.2 光纤光栅的制作
• 4.2.3 光纤光栅的调谐方法
• 4.3 光纤干涉环的选择
• 4.4 小结
• 第五章 实验结果与分析
• 5.1 SBS 自调Q 掺铒光纤激光器的组成
• 5.2 实验结果与分析
• 5.2.1 泵浦功率的变化对输出光的影响
• 5.2.2 单模光纤长度的变化对输出光的影响
• 5.2.3 光纤干涉环分光比的变化对输出光的影响
• 5.3 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 问题与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录
• 攻硕期间取得的成果