掺Yb3+双包层光纤激光器的理论与实验研究

论文摘要

双包层光纤激光器作为一种新型的高功率激光器件,由于光束质量好、效率高、寿命长等特点,成为新一代固体激光器的代表,在许多领域都有巨大的应用前景,如光通信、工业加工、军事、医疗等领域。本文对掺镱(Yb3+)双包层光纤激光器进行了较为深入的理论与实验研究,主要包括以下内容:第一章,对双包层光纤激光器的发展历史、优点以及其应用进行了详细的概括和总结,使我们对双包层光纤激光器有一个总体的了解。第二章,从镱离子的能级结构和光谱特性出发,对掺Yb3+双包层光纤的结构、双包层光纤激光器的工作原理、泵浦耦合技术以及谐振腔结构等进行了详细的论述。第三章,基于稳态速率方程,在考虑散射损耗的情况下,分别推导出前向泵浦、后向泵浦和双端泵浦掺Yb3+双包层光纤激光器的简化型解析解,并将推导的简化型解析解与标准数值模拟结果相比较,两者基本一致。第四章,在实验室现有的条件下,利用975nm大功率半导体激光器作为泵浦源,采用单端泵浦技术,分别搭建了前向泵浦掺Yb3+双包层光纤激光器和后向泵浦掺Yb3+双包层光纤激光器的实验平台。并将实验结果与推导的简化型解析解进行比较,两者基本一致,证明了简化型解析解的正确性。最后,采用后向泵浦技术,利用平面反射光栅作为后腔镜,对连续输出的激光波长进行调谐,实现输出激光的波长从1047nm～1118nm连续可调谐,最大输出功率23.7W。第五章,对全文进行了总结,并对未来的工作提出了建议和展望。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 双包层光纤激光器的发展
• 1.2 双包层光纤激光器的优点
• 1.3 双包层光纤激光器的应用
• 1.3.1 双包层光纤激光器在通讯领域的应用
• 1.3.2 双包层光纤激光器在工业领域的应用
• 1.3.3 双包层光纤激光器在军事上的应用
• 1.3.4 双包层光纤激光器在医疗领域的应用
• 1.3.5 光纤激光器在激光电视的应用
• 1.4 论文的主要研究内容
• 3+双包层光纤激光器的原理与结构'>第二章 掺Yb³⁺双包层光纤激光器的原理与结构
• 2.1 镱离子能级结构和光谱特性
• 2.1.1 镱离子的能级结构
• 2.1.2 镱离子的吸收和发射截面
• 3+双包层光纤结构及工作原理'>2.2 掺Yb³⁺双包层光纤结构及工作原理
• 2.3 双包层光纤激光器耦合方式
• 2.3.1 端面泵浦耦合
• 2.3.2 侧面泵浦耦合
• 2.4 双包层光纤激光器的基本谐振腔结构
• 2.4.1 F-P腔结构
• 2.4.2 环形腔结构
• 3+双包层光纤激光器的理论研究'>第三章 掺Yb³⁺双包层光纤激光器的理论研究
• 3+双包层光纤激光器'>3.1 单端泵浦掺Yb³⁺双包层光纤激光器
• 3+双包层光纤激光器的解析解'>3.1.1 前向泵浦掺Yb³⁺双包层光纤激光器的解析解
• 3+双包层光纤激光器的解析解'>3.1.2 后向泵浦掺Yb³⁺双包层光纤激光器的解析解
• 3+双包层光纤激光器的解析解'>3.2 双端泵浦掺Yb³⁺双包层光纤激光器的解析解
• 3.3 数值模拟结果与分析
• 3.4 总结
• 3+双包层光纤激光器的实验研究'>第四章 掺Yb³⁺双包层光纤激光器的实验研究
• 4.1 实验泵浦方案的选择
• 4.1.1 双包层光纤激光器的泵浦耦合方式
• 4.1.2 泵浦源波长的选择
• 4.1.3 泵浦源的性能测试
• 3+双包层光纤激光器'>4.2 前向泵浦掺Yb³⁺双包层光纤激光器
• 4.2.1 二向色镜的选择
• 3+双包层光纤端面的处理'>4.2.2 掺Yb³⁺双包层光纤端面的处理
• 3+双包层光纤激光器的光路调节'>4.2.3 掺Yb³⁺双包层光纤激光器的光路调节
• 4.2.4 实验结果与讨论
• 3+双包层光纤激光器'>4.3 后向泵浦掺Yb³⁺双包层光纤激光器
• 3+双包层光纤激光器'>4.4 可调谐掺Yb³⁺双包层光纤激光器
• 4.5 总结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的文章及获奖情况
• 致谢信