高功率單模光纖激光器關(guān)鍵技術(shù)及輸出穩(wěn)定性研究.pdf

1、隨著光纖激光器技術(shù)的研究和發(fā)展，光纖激光器以其結(jié)構(gòu)緊湊、性能穩(wěn)定、轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于機械加工、汽車制作、激光測距、激光醫(yī)療等領(lǐng)域，具有十分廣闊的發(fā)展前景。本論文主要對高功率單模光纖激光器及其輸出穩(wěn)定性開展了相關(guān)的實驗研究，論文的主要工作內(nèi)容如下：
　　(1)對組成光纖激光器的大模場光纖、光纖光柵、光纖合束器、包層光剝離器、半導體泵浦源等關(guān)鍵光纖器件進行了介紹和相關(guān)性能分析與測試，并從Yb3+離子的能級結(jié)構(gòu)和光譜特性出發(fā)，

2、對線性腔結(jié)構(gòu)的光纖激光器建立了理論模型。通過推導和求解光纖激光器的穩(wěn)態(tài)速率方程及光纖的熱傳導方程，分析討論了不同設(shè)計參數(shù)對光纖激光器輸出特性的影響，為高功率光纖激光器的實驗設(shè)計提供理論參考。
　　(2)對高功率單模光纖激光器進行了相關(guān)設(shè)計和實驗，對比測試了摻Y(jié)b3+光纖激光器在泵浦波長為915nm和976nm時的輸出特性及激光器的斜效率，對光纖激光器諧振腔的反向光功率特性進行了實驗分析。實驗中發(fā)現(xiàn)激光光譜帶寬隨激光功率的增加而展寬

3、，當光譜寬度超出高反光柵反射帶寬時，反向激光功率會迅速增加，使正向輸出激光功率下降，因此實驗中對比驗證了高反光纖光柵不同反射帶寬對光纖激光器輸出特性的影響，并使用3nm反射帶寬的高反光柵獲得了超過1.5kW的高光束質(zhì)量(M2=1.1)的激光輸出，光纖激光器的斜效率達到了82.3％。另外，對單向泵浦方式的光纖激光器進行了高功率實驗研究，使用國產(chǎn)大功率半導體激光器作為泵浦源，獲得了激光功率超過2kW的近衍射極限的激光輸出，光束質(zhì)量因子M2=

4、1.16。這些研究成果證明了我們的高功率光纖激光器諧振腔技術(shù)已達到了行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先水平。
　　(3)對高功率單模光纖放大器系統(tǒng)進行了設(shè)計和實驗研究，分析了影響高功率光纖放大器輸出功率及輸出穩(wěn)定性的因素，對受激拉曼散射效應(yīng)及模式不穩(wěn)定現(xiàn)象進行了相關(guān)理論分析和討論。通過實驗驗證了單向泵浦方式和雙向泵浦方式的高功率光纖放大器，并獲得了超過3kW的激光輸出功率，同時輸出激光保持了較好光束質(zhì)量。對大模場摻Y(jié)b3+光纖放大器中出現(xiàn)的模式不穩(wěn)定現(xiàn)

5、象進行了相關(guān)實驗研究，根據(jù)模式不穩(wěn)定現(xiàn)象的特征，設(shè)計實驗方案并對比了摻Y(jié)b3+光纖不同盤繞半徑時光纖放大器的輸出特性，通過減小摻Y(jié)b3+光纖盤繞半徑的方式提高光纖中高階模的損耗，抑制光纖中高階模的產(chǎn)生與傳輸，能夠有效提高模式不穩(wěn)定現(xiàn)象的功率閾值，同時也能提高光纖放大器的輸出穩(wěn)定性，實驗中光纖放大器獲得了3.7kW的激光輸出功率。另外，通過設(shè)計雙向泵浦方式的光纖放大器系統(tǒng)，對光纖放大器在高功率狀態(tài)下的受激拉曼散射現(xiàn)象進行了實驗研究，對比注