高功率摻鐿光纖激光器相關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、高功率雙包層摻鐿光纖激光器在效率、光束質(zhì)量、散熱特性和結(jié)構(gòu)上都具有許多獨特的潛在優(yōu)勢。但因為高功率光纖激光器各個部件實用化程度的制約，至今很多這種類型的光纖激光器并沒有充分發(fā)揮出其應(yīng)有的優(yōu)勢。本論文主要對高功率雙包層摻鐿光纖激光器的關(guān)鍵技術(shù)開展了研究，重點包括兩個部分：一是從關(guān)鍵器件?光纖耦合器出發(fā)，對多路光纖泵浦耦合器和多路光纖激光合成器（兩者簡稱為“高功率光纖器件”）進(jìn)行了理論和實驗研究；二是著重探討了這類高功率光纖器件的發(fā)熱問題，

2、提出了若干散熱措施。論文安排如下。 第一章是概述，介紹了光纖激光器和高功率光纖激光器的一些基本情況，及國內(nèi)外高功率光纖激光器的發(fā)展?fàn)顩r，并交代了論文的主要研究內(nèi)容和結(jié)構(gòu)。 第二章包括了三方面內(nèi)容。首先介紹了產(chǎn)生激光所必需的兩個條件：實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和形成受激輻射；從理論上說明了在三能級系統(tǒng)和四能級系統(tǒng)間，激光器工作物質(zhì)一般都采用更利于實現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的四能級系統(tǒng)。然后分別用光線法和波動光學(xué)理論研究了光線在光纖內(nèi)的傳輸原理。第

3、三，著重對高功率光纖激光器其中的兩個關(guān)鍵技術(shù)——工作物質(zhì)和光學(xué)諧振腔展開了研究。為提高泵浦耦合效率，摻鐿雙包層光纖是高功率光纖激光器的首選工作物質(zhì)，通常通過優(yōu)化內(nèi)包層形狀實現(xiàn)對泵浦光的進(jìn)一步吸收。用光學(xué)變換矩陣得到了光學(xué)諧振腔達(dá)到穩(wěn)定的條件。用光子帶隙的概念解釋了光纖光柵的反射原理，并進(jìn)一步用反射系數(shù)揭示了光纖光柵的濾波特性。本章的最后簡要講述了泵浦耦合技術(shù)以及激光器的閾值和輸出功率。 由于多路光纖泵浦耦合器和多路光纖激光合成器

4、的工作原理和制作工藝都與熔融拉錐型光纖耦合器相似，因此第三章首先介紹了熔融拉錐型光纖耦合器的制作方法，并從光波導(dǎo)內(nèi)的模式耦合和光波導(dǎo)間的橫向功率耦合兩方面，研究了耦合器的耦合原理。結(jié)果表明，當(dāng)兩波導(dǎo)靠攏并且在滿足一定輸入條件時，一部分能量會從第一個纖芯轉(zhuǎn)移到第二個纖芯，并且能量的轉(zhuǎn)移具有周期性。在非線性條件下，兩纖芯中的總能量P0和臨界能量Pc之間的關(guān)系也會對兩纖芯間的能量轉(zhuǎn)移產(chǎn)生影響。 第四章首先對多路光纖泵浦耦合器和多路光纖