高功率全光纖摻Y(jié)b3+光纖放大器傳輸放大特性研究.pdf

1、高功率摻Y(jié)b3+光纖放大器以其結(jié)構(gòu)緊湊、高效率、高光束質(zhì)量、高信噪比等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究、工業(yè)生產(chǎn)與軍事等領(lǐng)域。尤其是高能固體激光裝置的光脈沖產(chǎn)生系統(tǒng)要求輸出具有一定光譜寬度、脈寬、高光束質(zhì)量、高信噪比的高功率激光種子脈沖。高功率摻Y(jié)b3+光纖放大器主要決定了光脈沖產(chǎn)生系統(tǒng)的輸出能量、光束質(zhì)量、信噪比等系統(tǒng)關(guān)鍵輸出參數(shù)，其增益是系統(tǒng)能流分布設(shè)計的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，涉及到其他系統(tǒng)的增益分配。但光纖放大器中的ASE噪聲、非線性效應(yīng)以及飽和失真

2、等因素嚴(yán)重影響了高功率摻Y(jié)b3+光纖放大器輸出脈沖波形、光譜、能量以及信噪比等要求，因此，一方面，為保證光脈沖產(chǎn)生系統(tǒng)的輸出能量、光譜帶寬、信噪比及光束質(zhì)量等指標(biāo);另一方面為保證整個光脈沖產(chǎn)生系統(tǒng)能夠安全、高效、長期、穩(wěn)定的運(yùn)行工作，必須合理的設(shè)計該系統(tǒng)中高功率光纖放大器的工作點(diǎn)，并解決ASE噪聲、飽和失真以及非線性效應(yīng)等影響放大器輸出的關(guān)鍵因素。
　　論文針對光脈沖產(chǎn)生系統(tǒng)中高功率全光纖摻Y(jié)b3+光纖放大器，理論和實(shí)驗(yàn)兩方面深入

3、研究了其傳輸放大特性。主要解決了以下幾個方面的問題:建立并完善了高功率摻Y(jié)b3+光纖放大器的理論;數(shù)值分析了高功率摻Y(jié)b3+光纖放大器的ASE噪聲特性，脈沖的飽和放大特性與增益特性，結(jié)果顯示通過選擇增益光纖并合理設(shè)計放大器的增益，可以降低放大器中的ASE噪聲功率，并且可避免飽和放大引起的脈沖波形失真;研究了高功率全光纖摻Y(jié)b3+光纖放大器的線性傳輸特性，分析了光纖放大器的損耗、增益光纖損傷閾值等，并提出了利用新型end-cap來解決光纖

4、端面損傷的途徑;研究了高功率全光纖摻Y(jié)b3+光纖放大器的非線性傳輸特性，數(shù)值分析了SPM、SRS以及SBS的閾值特性，研究表明根據(jù)輸出功率要求，通過選擇較短的大芯徑增益光纖可以提高SBS和SRS的閾值，避免其對光譜產(chǎn)生的影響;為了避免超短脈沖波形與光譜在高功率摻Y(jié)b3+光纖放大器中引起的畸變，理論研究了高功率超短脈沖在摻Y(jié)b3+光纖中的自相似傳輸放大特性，結(jié)果表明當(dāng)脈沖寬度、脈沖能量與放大器的增益滿足一定關(guān)系時，超短脈沖在增益光纖中自相

5、似傳輸放大，脈沖波形與光譜均演化為拋物形，輸出脈沖呈線性啁啾，易于脈寬壓縮，為高功率全光纖超短脈沖產(chǎn)生系統(tǒng)的研制提供了依據(jù)。
　　基于理論分析，設(shè)計了高功率全光纖大模場摻Y(jié)b3+光纖放大器，實(shí)驗(yàn)中解決了泵浦光與信號光耦合技術(shù)、放大器級間隔離、噪聲控制、飽和放大抑制、模式控制等難點(diǎn)，并通過增益光纖選擇控制了光纖放大器中增益光纖的非線性效應(yīng)與光纖損傷。通過對脈寬5ns的窄帶脈沖放大，獲得增益17dB，輸出峰值功率700W;脈寬2.0n

6、s，光譜帶寬1.2nm的小寬帶脈沖放大，獲得增益33dB，輸出脈沖峰值功率19.34kW。
　　通過對高功率摻Y(jié)b3+光纖放大器傳輸放大特性的理論與實(shí)驗(yàn)研究，解決了泵浦光與信號光高效率耦合入纖問題，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的全光纖化;理論與實(shí)驗(yàn)解決了ASE噪聲問題，提高了系統(tǒng)的信噪比;通過理論分析合理設(shè)計光纖放大器的工作點(diǎn)，避免了時間波形的飽和失真問題;理論分析了增益光纖損傷和非線性效應(yīng)閾值，提供了設(shè)計光纖放大器時避免損傷與非線性效應(yīng)產(chǎn)生的依據(jù)