隨機光纖激光器的功率提升及光場調(diào)控技術(shù)研究.pdf

1、當(dāng)前高功率光纖激光放大系統(tǒng)中，基于振蕩器的常規(guī)種子源存在時域不穩(wěn)定的現(xiàn)象，進而導(dǎo)致激光的高峰值功率并降低非線性效應(yīng)閾值，限制系統(tǒng)功率的進一步提升。隨機光纖激光器作為一種結(jié)構(gòu)簡單、時域穩(wěn)定的新型光纖激光器，有望成為種子源時域不穩(wěn)的解決方案。本文以隨機光纖激光器為研究對象，分析其在功率提升和光場調(diào)控上的實現(xiàn)方式與應(yīng)用潛力。
　　隨機光纖激光器利用長距離被動光纖中的拉曼增益和隨機分布式反饋，具有結(jié)構(gòu)簡單、轉(zhuǎn)換效率高、光譜平滑、時域穩(wěn)定等

2、顯著特點。本文基于激光速率方程，確定合適的邊界條件并考慮瑞利散射的影響，構(gòu)建隨機光纖激光器的理論模型。首先，基于構(gòu)建的理論模型，通過數(shù)值模擬計算隨機光纖激光器受光纖長度、端面反饋等因素影響的激光閾值特性；同時考慮二階拉曼斯托克斯光的閾值，計算不同光纖長度下隨機光纖激光器前、后向輸出的最高功率與光學(xué)轉(zhuǎn)換效率。其次，修改邊界條件建立半腔結(jié)構(gòu)的隨機光纖激光器理論模型，研究半腔結(jié)構(gòu)設(shè)計對激光閾值和沿光纖功率分布的影響。計算結(jié)果表明，半腔結(jié)構(gòu)的隨

3、機光纖激光器可以有效降低出光閾值，并且將前、后向傳輸?shù)碾S機激光集合起來實現(xiàn)單端的高功率、高效率輸出。最后，著重對短腔的隨機光纖激光器進行數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)減小光纖長度是繼續(xù)提升隨機激光器最高輸出功率的直接方案，并且短腔模型的閾值對寄生反饋尤其敏感。以上的理論分析與數(shù)值計算結(jié)果表明，構(gòu)成半腔結(jié)構(gòu)的短腔隨機光纖激光器是獲得高功率、高效率隨機光纖激光輸出的理想方案。
　　對實現(xiàn)隨機光纖激光功率提升的方案進行了實驗研究。首先基于數(shù)值計算結(jié)果設(shè)

4、計短腔隨機光纖激光器系統(tǒng)，采用120 m被動光纖與半腔結(jié)構(gòu)，獲得近200 W1173 nm的隨機光纖激光輸出，光學(xué)轉(zhuǎn)換效率約89％，功率和效率均為已公開報道的國際最高水平。其次，構(gòu)建1070 nm波段的隨機光纖激光器實驗系統(tǒng)，通過對比時域和頻域特征分析其噪聲濾波特性，驗證泵浦噪聲被有效濾除的隨機激光發(fā)射過程并獲得時域穩(wěn)定的激光輸出，首次實現(xiàn)隨機光纖激光工作波長與摻鐿光纖放大器的增益譜相匹配。最后，利用構(gòu)建的1070 nm隨機光纖激光器作

5、為時域穩(wěn)定的種子源，基于MOPA結(jié)構(gòu)的摻鐿光纖放大器進行千瓦級的功率放大，功率放大的過程中未觀察到光譜展寬現(xiàn)象，最終實現(xiàn)1030 W半高全寬約1 nm的激光輸出，放大過程中斜率效率約為79.7%。該高功率放大過程中的光譜不展寬（spectral-broadening-free）現(xiàn)象為高功率窄線寬激光以及光譜合成等方面的研究提供了重要參考。
　　對隨機光纖激光器光譜、模式的調(diào)控技術(shù)進行了實驗探索?；诳烧{(diào)諧濾波器和保偏光纖環(huán)形鏡，設(shè)