种子放大全光纤掺Tm3+光纤激光器

论文摘要

二极管激光器泵浦的2μm波段的激光在激光测距、激光遥感、激光成像、光电对抗、医学诊断和治疗、科学仪器、材料处理等领域已显示出越来越广泛的应用前景。全光纤化掺Tm3+光纤激光器及放大器是提供2μm波段高功率激光输出的最佳光源,光纤光栅的窄带宽波长选择特性使光纤激光器及放大器性能更加稳定,输出功率高,波长稳定且线宽窄。本文从理论和实验两方面对全光纤掺Tm3+光纤激光器及放大器进行了研究。理论上,对单模光纤光栅的反射谱进行了模拟。从耦合模理论出发,对正弦折射率调制和矩形折射率调制两种情况下的单模光纤光栅反射谱分别进行数值模拟。对于正弦折射率调制的光纤光栅,分析了折射率调制深度和光纤光栅长度对光纤光栅峰值反射率和光纤光栅反射带宽的影响;对于矩形折射率调制的光纤光栅,分析了占空比对反射谱的影响。实验上,进行了全光纤单模和多模掺Tm3+光纤激光器（种子光激光器）实验和全光纤种子放大掺Tm3+光纤激光器实验。种子光激光器实验得到多模激光最大输出功率39.4W,斜率效率34%,高功率运行时线宽小于2nm;单模1.94μm波长处的最大输出功率20.2W,斜率效率49.3%,线宽小于1nm,验证了光纤光栅的波长选择作用。光纤放大器实验获得了1.94μm处30.6W的单模激光输出,增益8.62dB,斜率效率39.1%,线宽小于1nm。光纤放大器能够很好地保持种子光的光谱特性。最后,指出了本论文中种子放大全光纤掺Tm3+光纤激光器存在的问题及改进措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景及意义
• 1.2 包层泵浦光纤激光器的原理及结构
• 1.2.1 双包层光纤（DCF）
• 1.2.2 大模场面积双包层光纤（LMA）
• 1.2.3 光子晶体光纤（PCF）
• 1.2.4 光纤激光器的基本结构
• 1.3 光纤光栅
• 3+光纤激光器发展现状'>1.4 掺Tm³⁺光纤激光器发展现状
• 3+光纤放大器发展现状'>1.5 掺Tm³⁺光纤放大器发展现状
• 1.6 本论文的工作
• 第2章 光纤布拉格光栅基本理论
• 2.1 光纤光栅简介
• 2.2 单模光纤光栅的耦合模理论
• 2.3 单模均匀光纤光栅的耦合模分析
• 2.3.1 正弦折射率调制型FBG的耦合模分析
• 2.3.2 矩形折射率调制型FBG的耦合模分析
• 2.4 本章小结
• 3+光纤激光器实验研究'>第3章 全光纤掺Tm³⁺光纤激光器实验研究
• 3+光纤激光器实验研究'>3.1 LD泵浦多模全光纤掺Tm³⁺光纤激光器实验研究
• 3.1.1 实验装置
• 3.1.2 熔接及光纤端面处理
• 3.1.3 实验结果
• 3.1.4 全光纤激光器与以二色片做腔镜的光纤激光器对比实验
• 3+光纤激光器实验研究'>3.2 LD泵浦单模全光纤掺Tm³⁺光纤激光器实验研究
• 3.2.1 实验装置
• 3.2.2 实验结果
• 3.3 本章小结
• 第4章 种子放大实验研究
• 3+光纤激光器'>4.1 全光纤结构种子放大掺Tm³⁺光纤激光器
• 4.1.1 实验装置
• 4.1.2 实验结果
• 3+光纤激光器'>4.2 泵浦光聚焦耦合结构种子放大掺Tm³⁺光纤激光器
• 4.2.1 实验装置
• 4.2.2 实验结果
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢