高功率連續(xù)和調(diào)Q脈沖中紅外光纖激光器的研究.pdf

1、近年來，波長為3μm的高功率光纖激光器因其在激光手術(shù)、材料加工、軍事對抗以及科研等方面的巨大應(yīng)用前景，同時相比于其它類型的激光器具有光束質(zhì)量高、散熱性能好、轉(zhuǎn)換效率高、靈活性好等特點，從而激起了海內(nèi)外科研人員極大的研究興趣。基于中紅外光纖激光器的以上特點，本文著重研究高功率連續(xù)和調(diào)Q脈沖中紅外光纖激光器。主要內(nèi)容可以分為以下幾個部分：
　?。?）基于高濃度摻 Er3+ZBLAN光纖中鉺離子的能級躍遷過程，建立了表示各能級粒子數(shù)密度

2、變化的速率方程和表征功率隨時間和空間變化的功率傳輸方程，同時結(jié)合諧振腔邊界條件構(gòu)建了高濃度摻Er3+ZBLAN光纖激光器系統(tǒng)模型。通過綜合考慮激光斜率效率、閾值泵浦功率和光纖產(chǎn)熱等隨諧振腔參數(shù)及泵浦源參數(shù)的變化，我們對光纖長度、摻雜濃度、輸出反射率和泵浦波長等因素進(jìn)行了優(yōu)化。
　?。?）利用4.1m長的高濃度摻Er3+ZBLAN光纖作為增益光纖，搭建了高功率摻Er3+ZBLAN光纖激光器，并研究了其輸出特性。最終，實現(xiàn)了最大功率為

3、7.11W，中心波長為2802nm的連續(xù)激光輸出，對應(yīng)最大功率波動范圍為4.3％，斜率效率為36.06%，已經(jīng)超過34.3%的斯托克斯極限。
　?。?）首先，我們搭建了基于SESAM可飽和吸收體的被動調(diào)Q摻Er3+ZBLAN光纖激光器，并得到了穩(wěn)定的調(diào)Q脈沖。研究分析了對應(yīng)不同泵浦功率的調(diào)Q脈沖輸出特性，得到了最大脈沖能量為3.52μJ，平均功率為0.252W，脈寬為1.7μs，重復(fù)頻率為71.43kHz，中心波長為2786.8n

4、m的穩(wěn)定調(diào)Q脈沖激光。而后，我們搭建了基于高濃度摻 Er3+ZBLAN光纖的主振蕩功率放大（Master Oscillator Power Amplifier，簡稱MOPA）系統(tǒng)，將前面得到的穩(wěn)定調(diào)Q脈沖作為種子源注入MOPA系統(tǒng)，研究了MOPA系統(tǒng)中不同光纖端面切角下輸出脈沖的放大特性，最終得到了最大平均功率和脈沖能量分別為4.2W和58.87μJ的放大脈沖輸出，對應(yīng)脈沖寬度為2.29μs，重復(fù)頻率為71.73kHz，光譜的中心波長為