全光纖摻Tm3+脈沖激光器及放大器的研究.pdf

1、2μm激光處于大氣透明窗口和人眼安全波段,被廣泛的應用于激光遙感、激光醫(yī)療和材料加工等領域,其中2μm脈沖激光器是獲得3~5μm中紅外波長參量振蕩輸出理想泵浦源。和2μm固體激光器相比,全光纖摻Tm3+脈沖激光器具有結(jié)構(gòu)緊湊和抗干擾能力強等優(yōu)點,但受到器件工藝等因素限制,關于全光纖摻Tm3+脈沖激光器及放大器的研究鮮有報道。本論文以獲得2μm全光纖摻Tm3+脈沖激光器,并將其作為種子源進行全光纖摻Tm3+脈沖放大器的探索研究作為基本出發(fā)

2、點,分別從理論和實驗方面詳細研究了帶內(nèi)泵浦的增益開關摻Tm3+光纖激光器激光特性以及全光纖摻Tm3+脈沖放大器的輸出特性,期望為相關領域發(fā)展做出一定貢獻。
　　理論方面,首先在考慮功率重疊因子和Stark能級分裂情況下,建立帶內(nèi)泵浦的摻Tm3+光纖激光器速率方程理論模型,推導出了反轉(zhuǎn)粒子數(shù)、腔內(nèi)光子數(shù)、閾值能量、脈沖提取效率等解析式,并在此基礎上對激光器的上能級粒子數(shù)、腔內(nèi)光子數(shù)、脈沖建立時間、脈沖寬度等參數(shù)時間特性進行研究;文中

3、還建立摻Tm3+光纖激光器的行波方程理論模型,討論了上能級粒子數(shù)、腔內(nèi)光子數(shù)沿光纖軸向變化情況,并研究了腔內(nèi)可提取能量和激光器功率輸出特性。其次,在考慮ASE對LMA高摻雜光纖放大器輸出特性影響的基礎上,建立了摻Tm3+光纖放大器的速率方程理論模型,分別對其在穩(wěn)態(tài)放大和脈沖放大情況下進行數(shù)值仿真。在穩(wěn)態(tài)放大情況下,研究了上能級粒子數(shù)、泵浦光和ASE沿光纖軸向分布情況;在一定泵浦功率下,分析了種子光功率和增益光纖長度對放大器功率輸出特性的

4、影響;在脈沖放大情況下,研究了不同重頻和泵浦功率下,上能級粒子數(shù)和ASE沿光纖軸向分布情況,分析了脈沖輸出能量和光纖存儲能量隨時間變化情況,以上理論分析為摻Tm3+光纖放大器實驗研究奠定基礎。
　　實驗方面,首先進行了1558nm雙級脈沖摻Er3+光纖放大器實驗研究,分別對每級放大器的輸出能量、ASE功率和輸出光譜進行詳細測量和分析,討論了ASE抑制與濾除方法。進行了800nm飛秒激光器刻寫大芯徑多模FBG的實驗研究,通過在線監(jiān)測

5、激光器輸出功率與刻寫FBG輻射時間的變化關系,并結(jié)合摻Tm3+光纖激光器速率方程模型對FBG反射率和纖芯折射率調(diào)制等光柵參數(shù)進行估算;進行了紫外曝光法刻寫了單模FBG實驗研究,并使用寬帶光源和高精度OSA對FBG光譜特性進行了研究,獲得了中心波長相同,反射率不同的FBG。利用1558nm摻Er3+脈沖放大器作為泵浦源和單模FBG作為輸入輸出鏡,進行了全光纖增益開關摻Tm3+光纖激光器實驗,詳細研究激光器的輸出功率、脈沖寬度和脈沖建立時間

6、。其次利用空間耦合方式將2054nmQ開關Tm,Ho:YVO4脈沖光耦合入LMA摻Tm3+光纖中進行脈沖放大實驗,研究了放大器的輸出功率、轉(zhuǎn)換效率、光譜特性、光束質(zhì)量因子、光斑分布情況和放大脈沖波形畸變情況。最后將實驗研究的增益開關摻Tm3+光纖激光器作為種子源,進行了全光纖摻Tm3+脈沖放大器的實驗研究,詳細測量和分析了放大器輸出功率、光譜特性、光束質(zhì)量因子、光斑分布以及放大脈沖波形情況,最后指出ASE功率積累、寄生振蕩和自脈沖效應是