掺Tm3+双包层光纤激光特性研究

论文摘要

输出波长位于2μm附近的掺铥光纤激光器在现代军事技术（光电对抗）、生物医学和激光雷达等方面都有重要的应用。作为其核心器件的掺铥双包层光纤制备技术一直被国外研究小组掌握,极大地限制了国内掺铥光纤相关器件的发展。本论文的目的是研究我们组制备的掺铥双包层光纤的激光性能,为制备出高斜率效率、高功率的掺铥双包层光纤打基础,打破国外的技术垄断。本文对已有的双包层掺杂光纤速率方程数学模型进行改进,用龙格-库塔方法对其进行求解,模拟、分析了铥离子掺杂浓度和光纤长度对掺铥光纤输出激光性能的影响。采用改进的化学汽相沉积法（Modified Chemical Vapor Deposition,MCVD）和汽、液相掺杂技术制备了6种掺铥光纤预制棒,用拉丝塔拉制出6种双包层掺铥光纤。搭建了掺铥双包层光纤激光器系统,对实验室自行制备的6种掺铥双包层光纤优化长度、测试了激光性能（斜率效率、激光波长、阈值）以及弯曲直径和不同泵浦波长对激光性能的影响,得出以下结论:1.斜率效率最低27.93%,最高43.23%,阈值从9.2W到14.25W变化,输出激光波长变化范围从2013nm至2043nm;2.使用掺铥双包层光纤DCTDF-M004的激光器,弯曲直径适当变小会增加斜率效率,当弯曲直径小于一定程度时,会使斜率效率下降;弯曲直径对阈值、输出激光波长的影响不大;3.掺铥双包层光纤DCTDF-M006的最佳泵浦波长位于791nm附近,此时斜率效率最大,为43.39%;输出激光波长随泵浦波长的增加发生红移;泵浦波长的变化对于阈值影响不大。对以上测试结果进行分析,为制备出高性能的光纤奠定基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 引言
• 1.1 掺铥双包层光纤的应用及特点
• 1.2 掺铥双包层光纤的研究进展
• 1.3 课题目的和意义
• 1.4 本论文的工作
• 2 掺铥双包层光纤的基本理论
• 2.1 铥离子的能级结构及光谱性能
• 2.2 铥离子间的相互作用
• 2.3 铥离子在不同泵浦激发下的跃迁
• 2.4 影响掺铥光纤激光性能的因素
• 2.5 小结
• 3 影响掺铥光纤激光性能因素的理论模拟
• 3.1 影响掺铥双包层光纤激光性能因素理论模型
• 3.2 模拟中所用参数取值
• 3.3 掺杂浓度
• 3.4 光纤长度
• 3.5 小结
• 4 掺铥双包层光纤的制备与激光性能测试、分析
• 4.1 掺铥双包层光纤的制备
• 4.2 掺铥双包层光纤测试系统
• 4.3 掺铥双包层光纤激光性能测试、分析
• 4.4 小结
• 5 总结与展望
• 5.1 本文工作总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献