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(diǎn)，廣泛應(yīng)用于機(jī)械加工、汽車制作、激光測(cè)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(duì)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(shí)驗(yàn)研究，論文的主要工作內(nèi)容如下：
　　(1)對(duì)組成光纖激光器的大模場(chǎng)光纖、光纖光柵、光纖合束器、包層光剝離器、半導(dǎo)體泵浦源等關(guān)鍵光纖器件進(jìn)行了介紹和相關(guān)性能分析與測(cè)試，并從Yb3+離子的能級(jí)結(jié)構(gòu)和光譜特性出發(fā)，

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

3、，當(dāng)光譜寬度超出高反光柵反射帶寬時(shí)，反向激光功率會(huì)迅速增加，使正向輸出激光功率下降，因此實(shí)驗(yàn)中對(duì)比驗(yàn)證了高反光纖光柵不同反射帶寬對(duì)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(dá)到了82.3％。另外，對(duì)單向泵浦方式的光纖激光器進(jìn)行了高功率實(shí)驗(yàn)研究，使用國產(chǎn)大功率半導(dǎo)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(dá)到了行業(yè)內(nèi)的領(lǐng)先水平。
　　(3)對(duì)高功率單模光纖放大器系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)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(duì)受激拉曼散射效應(yīng)及模式不穩(wěn)定現(xiàn)象進(jìn)行了相關(guān)理論分析和討論。通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(shí)輸出激光保持了較好光束質(zhì)量。對(duì)大模場(chǎng)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(jìn)行了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，根據(jù)模式不穩(wěn)定現(xiàn)象的特征，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并對(duì)比了摻Y(jié)b3+光纖不同盤繞半徑時(shí)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(shí)也能提高光纖放大器的輸出穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)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(jì)雙向泵浦方式的光纖放大器系統(tǒng)，對(duì)光纖放大器在高功率狀態(tài)下的受激拉曼散射現(xiàn)象進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，對(duì)比注