大功率光纖端帽和光纖功率合束器研究.pdf

1、光纖激光器具有轉(zhuǎn)換效率高、光束質(zhì)量好、熱管理方便、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)加工和國(guó)防安全等領(lǐng)域。近年來(lái)光纖激光器的輸出功率不斷提高，已經(jīng)成為高功率激光發(fā)展的重要方向之一。但是，受光纖端面損傷、非線性效應(yīng)及熱效應(yīng)等因素的限制，光纖激光器的功率提升面臨著巨大挑戰(zhàn)。大功率光纖端帽能夠提高光纖激光器輸出端面的損傷閾值，有效解決光纖端面損傷問(wèn)題。而光纖功率合束器則可以通過(guò)將多路高功率的光纖激光合束到一根光纖得到更高輸出功率，是突破單根光纖

2、激光器輸出功率瓶頸的重要方案之一。本論文圍繞光纖端帽和光纖功率合束器這兩種大功率光纖器件開展研究，研究工作主要包括以下幾個(gè)方面：
　　1、理論計(jì)算了信號(hào)激光在光纖端帽中傳輸?shù)墓獍咧睆?、回光損耗以及腰斑偏移量等參數(shù)，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。制作了大功率少模光纖端帽和多模光纖端帽，并分別進(jìn)行了3.01kW和6.26kW的高功率測(cè)試。開展了一體化光纖端帽準(zhǔn)直器的理論和實(shí)驗(yàn)研究，實(shí)現(xiàn)了大功率光纖激光的直接空間耦合，測(cè)量耦合損耗小于0.3dB。<

3、br>　　2、基于三層介質(zhì)波導(dǎo)模型分析了拉錐單芯光纖和拉錐多芯光纖的模式特性，推導(dǎo)了拉錐多芯光纖纖芯基模截止條件的近似公式?；趩涡竟饫w的拉錐技術(shù)制作了單模光纖和大模場(chǎng)光纖之間的單模光纖模場(chǎng)適配器，測(cè)量傳輸損耗小于0.4dB。分別基于控制空氣孔塌縮技術(shù)和選擇空氣孔塌縮技術(shù)制作了多芯光子晶體光纖模場(chǎng)適配器，實(shí)現(xiàn)了雙包層光纖和七芯光子晶體光纖的低損耗熔接，最小損耗值為0.22dB，解決了基于光子晶體光纖的百瓦量級(jí)超連續(xù)譜光源的瓶頸問(wèn)題。

4、r>　　3、建立了纖芯耦合型光纖功率合束器的理論模型并開展了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究?；趯?dǎo)模分解法建立了纖芯耦合型光纖功率合束器的理論模型，分析了輸入光纖不同偏移條件下輸出光纖中激發(fā)的模式特性?；诠馐鴤鞑シǚ抡娣治隽死w芯耦合型光纖功率合束器用于光纖激光非相干合成的合成特性，實(shí)驗(yàn)制作了7×1纖芯耦合型光纖功率合束器并進(jìn)行了大功率單模光纖激光合成，實(shí)現(xiàn)了輸出功率為6.08kW，光束質(zhì)量為M210.2的激光合成。仿真分析了纖芯耦合型光纖功率合束器用于

5、超連續(xù)譜光纖激光的非相干合成效果，并進(jìn)行了大功率合成實(shí)驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了7路合成功率為802W、光譜覆蓋1060-1700nm的高功率超連續(xù)譜輸出。
　　4、建立了包層耦合型光纖功率合束器的理論模型并開展了相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究?；诶F多芯光纖的模式演化規(guī)律建立了包層耦合型光纖功率合束器的理論模型，采用解析方法求解了包層耦合型光纖功率合束器實(shí)現(xiàn)非相干合成的合束激光光束質(zhì)量。結(jié)果表明，對(duì)于3×1和7×1包層耦合型光纖功率合束器，合成激光光束質(zhì)量極限