高效率泵浦耦合及光纖激光器關鍵技術研究.pdf

1、半導體激光器管芯與尾纖之間的高效率耦合是提高出纖功率、改善泵浦轉(zhuǎn)換效率和輸出光束質(zhì)量的有效途徑,成為當前激光技術領域的研究熱點。本論文針對當前應用最廣的條形激光二極管(LD)與單模光纖之間的耦合問題進行了系統(tǒng)深入的研究,并對光纖激光器的幾個關鍵單元技術,如雙包層稀土摻雜光纖泵浦吸收特性、大功率尾纖輸出半導體激光器耦合器設計、可調(diào)諧摻鉺光纖激光器制作進行了詳細的理論與實驗研究,獲得了如下主要創(chuàng)新性研究成果:
　　 1.針對半導體激

2、光器與單模光纖的耦合問題,建立了條形激光二極管光場分布的橢圓高斯光束近似模型,并在此基礎上建立了基于模式重疊積分理論的耦合模型。該模型有效解釋了端面對準耦合情況下輸出振蕩的成因,同時肯定了微透鏡光纖與LD之間的高效耦合機制。根據(jù)分析結果分別利用研磨法與電弧放電法制作了楔形微透鏡光纖與具有曲面端頭的微透鏡光纖。
　　 2.建立了基于本征模式展開與基于ABCD定律的高斯光束在漸變折射率光纖中的傳播模型,并利用有限差分的束傳播法對上述

3、模型進行了驗證。建立了基于組合透鏡結合漸變折射率光纖及基于調(diào)焦望遠鏡與橢圓芯漸變折射率光纖的LD與單模光纖耦合系統(tǒng),通過數(shù)值分析給出了相關容差,并驗證了所建系統(tǒng)具有高效耦合特性。
　　 3.建立了基于二維射線追跡法的雙包層光纖泵浦吸收特性定性分析模型,以及基于復折射率纖芯理論與束傳播法的雙包層光纖泵浦吸收效率嚴格數(shù)值模型,并利用上述模型對幾種不同類型雙包層光纖的泵浦吸收特性進行了數(shù)值分析。結果顯示,在相同對比參數(shù)下,D型與漸變折

4、射率型雙包層光纖的泵浦吸收性能最優(yōu)。在此基礎上,實驗制作了優(yōu)化設計的內(nèi)包層結構分別為D形與正六邊形的兩種雙包層摻鉺光纖。
　　 4.針對單尾纖輸出的大功率半導體激光器,設計了基于透鏡與低折涂覆純硅芯光纖的耦合系統(tǒng)。針對19芯集束尾纖輸出的大功率半導體激光器,制作了漸變石英錐整形器。
　　 5.實驗設計了基于應力可調(diào)光纖光柵與光纖環(huán)形器的可調(diào)諧摻鉺光纖激光器,該類激光器線寬小于0.01nm,邊模抑制比大于50dB,最大可調(diào)