掺镱双包层全光纤激光器的研制和测试

论文摘要

光纤激光器以其显著的优势引起了广泛的关注,成为激光领域的研究热点。光纤激光器属于波导激光器,即使在大功率的情况下,能量几乎全集中在基横模中,输出光束质量好。但如果用介质膜作谐振腔镜,光纤激光器就缺乏有效的选频机制,使得输出激光线宽较宽,纵模频率和输出功率不够稳定。利用光纤光栅作为激光器的谐振腔镜,可以得到稳定的窄线宽激光输出,而且谐振腔结构稳定、紧凑、可靠,能方便地和后续光纤光学系统匹配,有利于实现光纤激光器的产业化。掺镱双包层光纤激光器由于能级结构简单、无激发态吸收和浓度猝灭等优点,在工业加工、生物工程、光通信、医疗等领域具有广泛应用前景。本论文的主要内容包括:介绍了目前双包层光纤激光器的特点及国内外研究进展,同时对掺Yb3+双包层光纤基本的特性、泵浦方式、光纤激光器谐振腔基本结构进行了理论分析。通过对光纤光栅的形成机理,布拉格光栅选频及双布拉格光纤光栅线型谐振腔的理论分析,阐明了光纤光栅谐振腔特点和优势。考虑到光纤光栅产生热效应会导致中心波长发生漂移的现象,提出了制冷和温度补偿两种措施,并对实验室设计的制冷系统做了简单介绍基于F-P腔双包层光纤激光器速率方程理论,结合实验具体情况,借助Matlab数学软件对光纤长度、腔镜反射率、泵浦功率、信号光损耗系数等因素对激光器输出特性的影响进行了数值模拟分析。实验中利用综合分析所得出的最佳光纤长度,采用光纤光栅作为激光器的谐振腔镜,对掺Yb3+双包层光纤激光器输出特性进行了实验研究。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 光纤激光器概述
• 1.2 光纤激光器的特点及应用
• 1.2.1 光纤激光器的特点
• 1.2.2 光纤激光器的应用
• 1.3 国内外研究动态
• 1.3.1 国外
• 1.3.2 国内
• 1.4 本论文的工作
• 2 掺镱双包层光纤激光器理论
• 2.1 双包层光纤的特点
• 2.1.1 光纤的基本特性
• 2.1.2 双包层光纤的结构与特点
• 2.1.3 增益光纤中的稀土离子
• 2.3 镱离子的能级结构和特点
• 2.3.1 镱离子的能级结构
• 2.3.2 镱离子的跃迁截面及光谱特性
• 2.4 双包层光纤激光器的泵浦耦合方式
• 2.4.1 端面泵浦耦合方式
• 2.4.2 侧面泵浦耦合方式
• 2.5 双包层光纤激光器谐振腔基本结构
• 2.5.1 线形腔结构
• 2.5.2 环型腔结构
• 2.6 本章小结
• 3 布拉格光纤光栅谐振腔原理
• 3.1 光纤光栅的形成原理
• 3.2 双布拉格光纤光栅线型谐振腔的的特性
• 3.2.1 光纤光栅的选频原理
• 3.2.2 布拉格光纤光栅谐振腔结构特点
• 3.3 光纤光栅的热效应及补偿
• 3.3.1 致冷原理
• 3.3.2 温度补偿原理
• 3.4 本章小结
• 4 光纤激光器理论研究与实验分析
• 4.1 掺镱双包层光纤激光器的速率方程
• 4.2 光纤激光器的数值分析
• 4.3 掺镱双包层光纤激光器的数值模拟
• 4.3.1 光纤激光器中的功率及增益分布
• 4.3.2 光纤激光器输出功率与光纤长度的关系
• 4.3.3 散射损耗系数不同时光纤激光器的输出特性
• 4.3.4 腔镜反射率对光纤激光器输出特性影响
• 4.4 掺镱全光纤激光器的实验研究
• 4.4.1 实验方案设计
• 4.4.2 实验结果分析
• 4.5 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录 A：作者攻读硕士学位期间发表论文及科研情况
• 致谢