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、非線性效應及光子暗化問題凸顯。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、最高功率和光束質量等特性。本論文針對摻鐿光纖開展研究工作，從制備技術、測試方法、增益調(diào)控到光子暗化抑制，以改進并優(yōu)化摻鐿光纖性能，為實現(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，然后詳細闡述和分析了改進的化學

2、氣相沉積技術的關鍵工藝問題?；谠撝苽浼夹g結合氣相和溶液摻雜技術，實現(xiàn)了不同組份石英光纖的制備。對光纖的基本光學及激光性能進行測試，并分析了光纖的可見光發(fā)光現(xiàn)象。
　　在熱積累方面，基于光纖熱力學模型，分析了同帶泵浦方式對光纖熱積累的影響。驗證了泵浦波長越接近激光工作波長，光纖中熱量產(chǎn)生越少，越有利于熱管理。結合激光器系統(tǒng)模擬分析結果，得出同帶泵浦系統(tǒng)最優(yōu)泵浦波長為1010-1030 nm。通過計算分析不同離子共摻雜對光纖特性的影

3、響，提出磷共摻光纖有利于該波長激光產(chǎn)生。通過實驗驗證了該方案，磷鐿共摻光纖激光器實現(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，針對空氣包層大模場面積摻鐿光子晶體光纖進行研究。研制了37芯取代超大模場面積和7芯取代保偏大模場面積摻鐿光纖。超大模場面積摻鐿光纖的模場面積達~1330μm2，包層數(shù)值孔徑>0.5。采用1 m長光纖實現(xiàn)百瓦1064 nm連續(xù)激光輸出，斜率效率78％。保偏大模場面積

4、摻鐿光纖最大消光比為~16 dB。采用2 m長光纖實現(xiàn)1040 nm1.39 ps2.95 W脈沖放大器，4 m長光纖實現(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研究方法。通過測試附加損耗譜和熒光衰減譜的途徑表征光子暗化效應，并搭建測試裝置實現(xiàn)光纖光子暗化性能標定。闡述并分析了若干因素對測試結果的影響，基于測試數(shù)據(jù)擬合分析光子暗化性能參數(shù)，得出了若干可見

5、光波長附加損耗相對1040 nm處的線性倍數(shù)關系，以及平衡態(tài)附加損耗和速率常數(shù)與鐿離子反轉程度的關系。
　　基于色心中心形成機制，探討了改善光子暗化性能的可能途徑，以鈰作共摻離子進行低光子暗化效應摻鐿光纖研究。通過對制備的系列光纖進行多種性能測試分析，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)象被觀測到。由非等溫熱處理實驗結果可知：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