论文题目: 高功率双包层光纤激光器的理论与实验研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 光学
作者: 付圣贵
导师: 董孝义
关键词: 双包层光纤,掺光纤激光器,掺双包层光纤激光器,线性腔光纤激光器,光纤光栅,法珀滤波器,矩形内包层,圆形内包层,方形内包层,形内包层,泵浦耦合技术,边泵浦,端泵浦,耦合模方程,热效应,自脉动,双包层光纤光栅,简支梁,可调谐光纤激光器,共掺光纤,共掺双包层光纤激光器,光子晶体光纤,掺光子晶体光纤激光器
文献来源: 南开大学
发表年度: 2005
论文摘要: 双包层光纤激光器兼具了传统固体激光器和光纤激光器的优点,具有重要的研究价值和极大的应用潜力。本文从理论和实验上对双包层光纤激光器进行了深入的研究,得到了一系列的研究成果。主要内容为:1.从稳态速率方程,推导得出了双包层光纤激光器的输出特性与激光器各参数的关系解析表达式,对掺Yb3+双包层光纤激光器的输出特性进行了数值模拟,分析了光纤长度,腔镜反射率,掺杂浓度以及激射波长等对激光器输出性能的影响。对于超高功率双包层光纤激光器,其热效应开始值得考虑,本文从稳态温度分布方程出发,模拟了双包层光纤激光器增益光纤内部温度分布,对影响光纤内部温度的因素进行了分析。2.利用高功率泵浦源,大模场面积八角形内包层掺Yb3+双包层光纤研制了双包层光纤激光器,获得了38W的激光功率输出,光谱中心波长为1091 nm。利用46所拉制的大模场面积掺Yb3+双包层光纤,获得最高输出功率为32.5 W的激光输出,斜率效率为70.5%,光谱的中心波长为1.083μm。基于F-P滤波器原理,利用国产器件实现了多波长输出的掺Yb3+双包层光纤激光器;输出波长数可调,实验获得了最多10个波长的同时输出,激光输出功率为1.5W。3.采用国产器件,率先设计完成了全国产化的高功率双包层光纤激光器样机一台,在入纤泵浦功率为18.63 W时获得了12.73 W的输出功率,斜率效率为76.9%。激光器对泵浦光的光-光直接转换效率为45%。激光器具有非常稳定的输出,在长时间运转条件下,输出功率波动小于0.5%。4.对掺Yb3+双包层光纤激光器中的自脉动现象进行了深入研究,利用横模拍频理论解释了多模双包层光纤激光器时阈输出脉冲的调制现象。实验上证明利用单模双包层光纤,在特定泵浦条件下获得较稳定的自脉冲输出。对于连续输出光纤激光器如何消除自脉动的影响进行了探讨。5.提出在掺杂双包层光纤上直接写制光纤光栅思想,利用相位掩模法实现了双包层光纤Bragg光栅的研制,在大模场面积的掺Yb3+双包层光纤中直接写制出了低反射率光纤Bragg光栅。对圆形内包层双包层光纤载氢增敏后,写制出了高反射率的Bragg光栅。成功将写制的双包层光纤Bragg光栅用于掺Yb3+双包层光纤激光器的研制,获得了窄线宽(<0.1nm)、稳定的激光输出,抑制了模式
论文目录:
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 双包层光纤的结构
1.2 双包层光纤激光器耦合技术
1.2.1 端面泵浦技术
1.2.2 V 形槽耦合泵浦技术
1.2.3 锥形光纤耦合泵浦技术
1.2.4 树杈形耦合泵浦技术
1.3 双包层光纤激光器与放大器发展概况
1.3.1 双包层光纤激光器
1.3.2 双包层光纤放大器
1.3.3 双包层光纤激光器的调 Q 与锁模
1.4 双包层光纤激光器的应用
1.5 国内双包层光纤激光器的研究动态
1.6 论文主要研究内容
第二章 掺 Yb~(3+)双包层光纤激光器的理论分析
2.1 Yb~(3+)的能级机构及速率方程
2.2 Yb~(3+)的吸收和发射截面
2.3 掺 Yb~(3+)双包层光纤激光器的理论分析
2.4 激光器各参数对激光特性影响的理论模拟
2.4.1 腔镜反射率对激光输出特性的影响
2.4.2 增益光纤长度对激光输出特性的影响
2.4.3 激光阈值与腔镜反射率的关系
2.4.4 掺杂浓度对激光输出特性的影响
2.4.5 激射波长对激光输出功率的影响
2.5 高功率双包层光纤激光器的温度分布分析
2.5.1 稳态温度分布方程与求解
2.5.2 系统参数
2.5.3 数值模拟结果与分析
2.6 小结
第三章 高功率掺 Yb~(3+)双包层光纤激光器实验研究
3.1 高功率掺 Yb~(3+)双包层光纤激光器
3.1.1 泵浦半导体激光器性能测试
3.1.2 实验系统布局
3.1.3 各种双包层光纤激光器实验
3.2 全国产高功率双包层光纤激光器样机研制
3.2.1 泵浦半导体激光器
3.2.2 实验用掺 Yb~(3+)双包层光纤
3.2.3 耦合系统与二色镜
3.2.4 样机系统实验
3.3 多波长输出掺 Yb~(3+)双包层光纤激光器
3.4 双包层光纤激光器中的自脉动效应实验与分析
3.4.1 实验光路图
3.4.2 D 形内包层双包层光纤实验
3.4.3 圆形内包层单模双包层光纤实验结果
3.4.4 实验总结与分析
3.5 小结
第四章 双包层光纤光栅的研制与应用
4.1 光纤光栅基本原理
4.2光 光纤Bragg光栅的理论分析
4.3 双包层光纤光栅的研制
4.4 光纤 Bragg 光栅选频双包层光纤激光器研究
4.4.1 实验装置
4.4.2 实验结果
4.4.3 理论分析
4.5 可调谐双包层光纤激光器的研制
4.6 少量模光栅在双包层光纤激光器中的选频实验
4.7 小结
第五章 其他类型包层泵浦光纤激光器实验研究与分析
5.1 Er/Yb 共掺双包层光纤激光器实验研究
5.1.1 Er/Yb 共掺系统的能级结构
5.1.2 实验装置
5.1.3 实验结果与分析
5.2 包层泵浦光子晶体光纤激光器的实验研究
5.2.1 光子晶体光纤与器件概述
5.2.2 包层泵浦光子晶体光纤激光器实验
5.3 小结
总结
参考文献
攻读博士学位期间发表的论文及成果
致谢
发布时间: 2007-01-15
参考文献
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- [7].基于光纤激光器的微波信号产生及其应用研究[D]. 贾青松.长春理工大学2018
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