用于高功率激光器和放大器的摻鐿光纖研究.pdf

1、摻鐿光纖激光器和放大器在過(guò)去的15年里獲得了迅猛發(fā)展，但隨著光纖系統(tǒng)功率的不斷攀升，熱管理、非線性效應(yīng)及光子暗化問(wèn)題凸顯。摻鐿光纖作為激光器和放大器的激光增益材料，直接決定了光纖系統(tǒng)的斜率效率、最高功率和光束質(zhì)量等特性。本論文針對(duì)摻鐿光纖開(kāi)展研究工作，從制備技術(shù)、測(cè)試方法、增益調(diào)控到光子暗化抑制，以改進(jìn)并優(yōu)化摻鐿光纖性能，為實(shí)現(xiàn)高性能光纖激光器和放大器提供保障。
　　本文首先介紹了摻稀土光纖制備技術(shù)，然后詳細(xì)闡述和分析了改進(jìn)的化學(xué)

2、氣相沉積技術(shù)的關(guān)鍵工藝問(wèn)題?；谠撝苽浼夹g(shù)結(jié)合氣相和溶液摻雜技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了不同組份石英光纖的制備。對(duì)光纖的基本光學(xué)及激光性能進(jìn)行測(cè)試，并分析了光纖的可見(jiàn)光發(fā)光現(xiàn)象。
　　在熱積累方面，基于光纖熱力學(xué)模型，分析了同帶泵浦方式對(duì)光纖熱積累的影響。驗(yàn)證了泵浦波長(zhǎng)越接近激光工作波長(zhǎng)，光纖中熱量產(chǎn)生越少，越有利于熱管理。結(jié)合激光器系統(tǒng)模擬分析結(jié)果，得出同帶泵浦系統(tǒng)最優(yōu)泵浦波長(zhǎng)為1010-1030 nm。通過(guò)計(jì)算分析不同離子共摻雜對(duì)光纖特性的影

3、響，提出磷共摻光纖有利于該波長(zhǎng)激光產(chǎn)生。通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方案，磷鐿共摻光纖激光器實(shí)現(xiàn)1018 nm激光產(chǎn)生，光光效率約為53％，性噪比大于45 dB。
　　在非線性方面，針對(duì)空氣包層大模場(chǎng)面積摻鐿光子晶體光纖進(jìn)行研究。研制了37芯取代超大模場(chǎng)面積和7芯取代保偏大模場(chǎng)面積摻鐿光纖。超大模場(chǎng)面積摻鐿光纖的模場(chǎng)面積達(dá)~1330μm2，包層數(shù)值孔徑>0.5。采用1 m長(zhǎng)光纖實(shí)現(xiàn)百瓦1064 nm連續(xù)激光輸出，斜率效率78％。保偏大模場(chǎng)面積

4、摻鐿光纖最大消光比為~16 dB。采用2 m長(zhǎng)光纖實(shí)現(xiàn)1040 nm1.39 ps2.95 W脈沖放大器，4 m長(zhǎng)光纖實(shí)現(xiàn)1080 nm8.12 W全光纖連續(xù)放大器，斜率效率均高于50％。
　　在光子暗化方面，首先分析探討了光纖光子暗化效應(yīng)研究方法。通過(guò)測(cè)試附加損耗譜和熒光衰減譜的途徑表征光子暗化效應(yīng)，并搭建測(cè)試裝置實(shí)現(xiàn)光纖光子暗化性能標(biāo)定。闡述并分析了若干因素對(duì)測(cè)試結(jié)果的影響，基于測(cè)試數(shù)據(jù)擬合分析光子暗化性能參數(shù)，得出了若干可見(jiàn)

5、光波長(zhǎng)附加損耗相對(duì)1040 nm處的線性倍數(shù)關(guān)系，以及平衡態(tài)附加損耗和速率常數(shù)與鐿離子反轉(zhuǎn)程度的關(guān)系。
　　基于色心中心形成機(jī)制，探討了改善光子暗化性能的可能途徑，以鈰作共摻離子進(jìn)行低光子暗化效應(yīng)摻鐿光纖研究。通過(guò)對(duì)制備的系列光纖進(jìn)行多種性能測(cè)試分析，證明了鈰為合適的共摻雜劑且最優(yōu)化的鈰鐿比為0.4到1。鈰鐿共摻光纖光子暗化自漂白現(xiàn)象被觀測(cè)到。由非等溫?zé)崽幚韺?shí)驗(yàn)結(jié)果可知：鈰鐿共摻光纖附加損耗幾乎不隨溫度升高而增加，全漂白所需最低溫