掺铥光纤激光及放大实验研究

论文摘要

光纤激光器借以低阈值、高增益、光束质量好、效率高、输出波长多等优点,引起了广大科研工作者的广泛兴趣。2μm波段的激光属于人眼“安全光”,而且在其他领域也有着广泛的应用,如：激光雷达、激光测距、工业加工以及医学等领域,所以2μm光纤掺铥光纤激光器目前在国际上引起了科研人员的高度重视。本文围绕掺铥光纤激光器的理论和实验两方面进行了研究,主要工作如下：1.从光纤激光器的基本理论和光谱结构出发,通过光纤激光器的速率方程、功率传输方程以及边界条件,分析了输出激光功率与泵浦光功率的关系,并进行了模拟仿真计算,同时对不同掺杂浓度和不同光纤长度掺铥光纤激光器的功率分布进行模拟仿真,从而得出增益光纤的长度对吸收泵浦光的影响规律。2.通过掺铥光纤激光器F-P腔实验,对793nm高功率激光二极管泵浦源的输出功率和光谱特性随着温度的变化及其影响进行了研究；同时进行了2μm激光光谱特性实验研究,并分析其输出功率的变化情况。3.采用高功率激光二极管（LD）作为泵浦源,掺杂浓度较高的掺铥光纤作为增益介质,光纤光栅作为光纤激光器中的反射镜形成谐振腔,对高功率2μm掺铥光纤激光器进行了实验研究,得出掺铥光纤激光器的阈值约为5W,最高输出功率为30W。通过对掺铥光纤激光器的初步放大实验研究,我们了解到如果光纤的耦合问题及光纤本身的散热问题得以解决,那么2μm掺铥光纤激光器的高功率输出就比较容易实现。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 光纤激光器的发展历程
• 1.1.1 光纤激光器的国内外发展状况
• 1.1.2 掺铥光纤激光器的国内外研究进展
• 1.2 高功率光纤激光器的特点和应用
• 1.3 本文研究的目的和意义
• 本章小结
• 第二章 掺铥光纤激光器的结构和设计
• 2.1 光纤激光器的结构原理
• 2.1.1 泵浦方式
• 2.1.2 谐振腔的结构
• 3+的能级结构和光谱特性'>2.2 Tm³⁺的能级结构和光谱特性
• 3+的能级结构'>2.2.1 Tm³⁺的能级结构
• 3+的光谱特性'>2.2.2 Tm³⁺的光谱特性
• 2.3 掺铥光纤激光器的速率方程
• 2.3.1 掺铥光纤激光器的速率方程
• 2.3.2 掺铥光纤激光器的功率传输方程及边界条件
• 2.4 掺Tm光纤激光器的数值模拟和结果分析
• 2.4.1 泵浦光和激光功率沿光纤的分布情况
• 2.4.2 泵浦光功率沿光纤的分布情况
• 2.4.3 输出激光功率与泵浦光功率的关系
• 2.4.4 Tm掺杂浓度对光纤中功率的影响
• 本章小结
• 第三章 2μM光纤激光器的实验研究
• 3.1 掺铥光纤激光器的实验装置
• 3.1.1 泵浦源
• 3.1.2 光纤光栅
• 3.1.3 工作物质
• 3.1.4 测量仪器
• 3.2 实验中的关键工艺技术
• 3.2.1 控制泵浦源（LD）的波长
• 3.2.2 光纤熔接及辅助技术处理
• 3.3 泵浦源测试结果及分析
• 3.3.1 泵浦源输出功率与温度的关系
• 3.3.2 泵浦源激光波长与温度的关系
• 3.4 掺铥光纤激光器F-P腔实验
• 3.4.1 实验结果及分析
• 3.4.2 掺铥光纤激光器的稳定性
• 本章小结
• 第四章 掺铥光纤激光器放大实验
• 4.1 光纤激光器放大技术
• 4.1.1 行波放大器的速率方程及解
• 4.1.2 放大器设计需要考虑的问题
• 4.2 实验装置
• 4.2.1 掺铥光纤激光器放大实验输出功率
• 本章小结
• 第五章 工作总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 今后工作的展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的科研成果
• 致谢