摻鐿雙包層光纖激光器理論及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、光纖激光器以其低閾值、高效率、高光束質(zhì)量、可靠性好、結(jié)構(gòu)緊湊和散熱性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，從一開始就受到普遍重視，并廣泛應(yīng)用于光通訊、航空航天、生命科學(xué)、軍事及工業(yè)領(lǐng)域。近年來(lái)，雙包層光纖的出現(xiàn)，將光纖激光器的輸出從毫瓦量級(jí)提高到了百瓦乃至千瓦量級(jí)，大大擴(kuò)展了光纖激光器的應(yīng)用范圍，隨著相關(guān)器件及技術(shù)的迅速發(fā)展，雙包層光纖激光器的性能和功率也在不斷提高。由于鐿離子的發(fā)射譜主要位于1μm波段，因而摻鐿雙包層光纖是產(chǎn)生1μm波段激光輸出的首選。本論文

2、將從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面對(duì)連續(xù)波摻鐿雙包層光纖激光器進(jìn)行研究。完成的主要工作有以下幾個(gè)部分： 1、應(yīng)用IdoKelson的激光模型，系統(tǒng)性的對(duì)摻鐿雙包層光纖激光器的理論進(jìn)行了研究。理論模擬了光纖長(zhǎng)度、摻雜濃度、抽運(yùn)方式、輸出耦合鏡反射率等因素對(duì)雙包層光纖激光器輸出特性的影響，為雙包層光纖激光器的研制提供了理論依據(jù)。 2、雙包層光纖激光器的研制：對(duì)摻鐿雙包層光纖激光器的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行探索，掌握了將抽運(yùn)光高效耦合進(jìn)雙包層光纖的關(guān)鍵

3、技術(shù)：使用自制研磨盤對(duì)光纖端面加工獲得優(yōu)良的光學(xué)面，并根據(jù)光纖及LD參數(shù)，設(shè)計(jì)透鏡耦合系統(tǒng)，LD到雙包層光纖的耦合效率達(dá)到43％，選用具有D形內(nèi)包層的國(guó)產(chǎn)摻鐿雙包層光纖，采用F-P腔結(jié)構(gòu)，用尾纖輸出976nm的半導(dǎo)體激光器端面抽運(yùn)單模雙包層光纖，實(shí)現(xiàn)了1.4W的激光輸出，中心波長(zhǎng)1087nm、斜率效率25％； 3、重點(diǎn)對(duì)雙包層光纖激光器實(shí)現(xiàn)窄線寬輸出、溫度調(diào)諧和彎曲選模進(jìn)行了理論及實(shí)驗(yàn)研究，具體內(nèi)容如下： (1)窄線寬輸

4、出：采用腔內(nèi)諧振的方法，實(shí)現(xiàn)了雙包層光纖激光器穩(wěn)定的窄線寬輸出，激光譜寬0.14nm，輸出光譜穩(wěn)定； (2)溫度調(diào)諧：國(guó)內(nèi)首次對(duì)小功率輸出的雙包層光纖激光器熱效應(yīng)進(jìn)行研究。溫度變化80度的范圍內(nèi)，激光器輸出波長(zhǎng)向長(zhǎng)波方向移動(dòng)了11.7nm，實(shí)驗(yàn)中未發(fā)現(xiàn)激光器其他參數(shù)的明顯變化。我們給出了詳細(xì)的理論解釋，建立了溫度與雙包層光纖激光器振蕩波長(zhǎng)的理論模型。 (3)多模光纖彎曲選模：理論模擬了彎曲半徑及激光器參數(shù)對(duì)光纖激光器輸出

5、特性的影響，計(jì)算表明，通過(guò)選擇合適的彎曲半徑可以用多模光纖獲得基模輸出。對(duì)國(guó)產(chǎn)多模雙包層光纖進(jìn)行彎曲選模實(shí)驗(yàn)，獲得了衍射極限的激光輸出。 4、多點(diǎn)抽運(yùn)雙包層光纖激光器理論及實(shí)驗(yàn)研究： (1)對(duì)多點(diǎn)抽運(yùn)(端面和側(cè)面)的雙包層光纖激光器進(jìn)行理論模擬。模擬結(jié)果表明，采用多點(diǎn)抽運(yùn)能夠平滑增益和光纖內(nèi)的光功率分布，有利于使用多個(gè)小功率輸出的LD抽運(yùn)雙包層光纖，獲得大功率激光輸出；由于側(cè)向抽運(yùn)使光纖端面空閑，因此對(duì)雙包層光纖放大器的

6、研制具有重要意義 (2)對(duì)多點(diǎn)抽運(yùn)雙包層光纖激光器的損耗機(jī)理進(jìn)行了研究，主要有兩個(gè)方面：a)含有側(cè)向抽運(yùn)點(diǎn)的多點(diǎn)抽運(yùn)時(shí)，部分抽運(yùn)光會(huì)從LD尾纖與內(nèi)包層的連接點(diǎn)泄漏；b)LD尾纖與雙包層光纖內(nèi)包層連接產(chǎn)生的損耗。理論計(jì)算表明：連接角度對(duì)抽運(yùn)光的泄漏影響很大，通常要求連接角度很小(～10°)才能保證較高的耦合效率，增加內(nèi)包層數(shù)值孔徑可以在增大連接角的同時(shí)提高耦合效率，這點(diǎn)對(duì)實(shí)際工作非常重要。 (3)采用粘接法對(duì)側(cè)向耦合技術(shù)進(jìn)