高功率摻鐿光纖激光器相關(guān)技術(shù)研究.pdf

1、高功率雙包層摻鐿光纖激光器在效率、光束質(zhì)量、散熱特性和結(jié)構(gòu)上都具有許多獨(dú)特的潛在優(yōu)勢(shì)。但因?yàn)楦吖β使饫w激光器各個(gè)部件實(shí)用化程度的制約，至今很多這種類(lèi)型的光纖激光器并沒(méi)有充分發(fā)揮出其應(yīng)有的優(yōu)勢(shì)。本論文主要對(duì)高功率雙包層摻鐿光纖激光器的關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)展了研究，重點(diǎn)包括兩個(gè)部分：一是從關(guān)鍵器件?光纖耦合器出發(fā)，對(duì)多路光纖泵浦耦合器和多路光纖激光合成器（兩者簡(jiǎn)稱(chēng)為“高功率光纖器件”）進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究；二是著重探討了這類(lèi)高功率光纖器件的發(fā)熱問(wèn)題，

2、提出了若干散熱措施。論文安排如下。 第一章是概述，介紹了光纖激光器和高功率光纖激光器的一些基本情況，及國(guó)內(nèi)外高功率光纖激光器的發(fā)展?fàn)顩r，并交代了論文的主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)構(gòu)。 第二章包括了三方面內(nèi)容。首先介紹了產(chǎn)生激光所必需的兩個(gè)條件：實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)和形成受激輻射；從理論上說(shuō)明了在三能級(jí)系統(tǒng)和四能級(jí)系統(tǒng)間，激光器工作物質(zhì)一般都采用更利于實(shí)現(xiàn)粒子數(shù)反轉(zhuǎn)的四能級(jí)系統(tǒng)。然后分別用光線法和波動(dòng)光學(xué)理論研究了光線在光纖內(nèi)的傳輸原理。第

3、三，著重對(duì)高功率光纖激光器其中的兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)——工作物質(zhì)和光學(xué)諧振腔展開(kāi)了研究。為提高泵浦耦合效率，摻鐿雙包層光纖是高功率光纖激光器的首選工作物質(zhì)，通常通過(guò)優(yōu)化內(nèi)包層形狀實(shí)現(xiàn)對(duì)泵浦光的進(jìn)一步吸收。用光學(xué)變換矩陣得到了光學(xué)諧振腔達(dá)到穩(wěn)定的條件。用光子帶隙的概念解釋了光纖光柵的反射原理，并進(jìn)一步用反射系數(shù)揭示了光纖光柵的濾波特性。本章的最后簡(jiǎn)要講述了泵浦耦合技術(shù)以及激光器的閾值和輸出功率。 由于多路光纖泵浦耦合器和多路光纖激光合成器

4、的工作原理和制作工藝都與熔融拉錐型光纖耦合器相似，因此第三章首先介紹了熔融拉錐型光纖耦合器的制作方法，并從光波導(dǎo)內(nèi)的模式耦合和光波導(dǎo)間的橫向功率耦合兩方面，研究了耦合器的耦合原理。結(jié)果表明，當(dāng)兩波導(dǎo)靠攏并且在滿足一定輸入條件時(shí)，一部分能量會(huì)從第一個(gè)纖芯轉(zhuǎn)移到第二個(gè)纖芯，并且能量的轉(zhuǎn)移具有周期性。在非線性條件下，兩纖芯中的總能量P0和臨界能量Pc之間的關(guān)系也會(huì)對(duì)兩纖芯間的能量轉(zhuǎn)移產(chǎn)生影響。 第四章首先對(duì)多路光纖泵浦耦合器和多路光纖