高功率脉冲光纤激光器及其泵浦光参量振荡器的研究

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1、摘要高功率脉冲光纤激光器具有高光束质量、高转换效率、高脉冲能量、较低热效应等特点受到人们的广泛关注，最近几年来成为了国际科技界的研究热点。使用高功率脉冲光纤激光器作为泵源，泵浦基于PPMgLN晶体的光参量振荡器(OPO)，可以产生高功率中红外激光输出，在光电对抗、红外干扰以及激光雷达等方面具有重要应用。本论文主要目的是研究高功率的脉冲光纤激光器，获得几十ns级的高功率脉冲激光输出，并以此作为泵源，泵浦PPMgLN晶体，获得高功率的中红外激光输出。本论文主要包括三个方面的内容，声光调Q光纤激光器研究、MOPA型脉冲

2、光纤放大器研究以及光纤激光器泵浦的基于PPMgLN晶体的光参量振荡器研究。。声光调Q光纤激光器采用法布里一珀罗谐振腔结构，以大直径双包层掺镱光纤作为增益介质，获得了稳定的高功率脉冲波形输出。系统地考虑了影响脉冲波形稳定性的因素，包括声光调Q开关(AOM)与反射镜之间的距离、光纤长度、泵浦功率以及重复频率等。使用自制光纤和Liekki公司的熊猫型保偏光纤，分别研制了随机偏振和线偏振光纤激光器，获得了脉冲激光输出功率分别为12W和10．5W，激光输出脉冲稳定，脉宽分别为45ns和33ns。分别采用固体激光器和全光纤型

3、声光调Q光纤激光器作为种子源，研制了MOPA结构的高功率脉冲光纤激光器。固体激光器的光谱线宽较窄，在光纤放大器运行过程中极易产生SBS等非线性效应。调整种子激光的功率和重复频率，可以有效抑制非线性效应，提高光纤放大器输出功率，最终在泵浦功率达到30．4w时，获得线偏振输出功率20W，偏振抑制比大于14dB。全光纤型声光调O光纤激光器结构紧凑、功率较高，而且具有较大的光谱宽度，可增加SBS等非线性效应的阈值，减少非线性效应的影响。使用这种种子源的光纤放大器可以产生更高的输出功率，在40W泵浦功率下，最终获得29．6

4、w线偏振激光输出，偏振抑制比大于10dB。以MOPA型光纤激光器作为泵源，以PPMgLN晶体为非线性材料，运行光参量振荡器，获得了高功率中红外激光输出。首先，利用电光调Q固体激光器的高脉冲能量，研究了lmm厚度PPMgLN晶体的抗光损伤特性，得到其损伤阈值约为4．6J／cm2，即460MW／cm2。其次以固体激光器作为种子源的光纤放大器泵浦OPO，在泵浦功率为15．2w时，1602nm通道获得最高参量输出8w，对应3163nm的闲散浙江人学博lj学位论文光功率为2．5w，相应的斜效率约为69％，光光转换效率为54

5、％。在泵浦功率增长的过程中，并没有发现功率饱和现象。再次，用全光纤结构的光纤放大器泵浦OPO，在泵浦功率为22．9w时，1602nm通道得到最大参量输出11．7W，其中闲散光3163nm功率为3．3w，光光转换效率为51．9％，其运行过程中出现一定的功率饱和现象。分析认为，闲散光吸收引起的热透镜效应是引起功率饱和现象的主要原因。腔镜结构、泵浦光光斑大小以及散热系统的设计，对谐振腔内的热透镜效应有明显的影响。关键词：光纤激光器／放大器、声光调Q、MOPA、PPMgLN、光参量振荡器ll人bstractAbstrac

6、tHighpowerpulsedfiberlasers，whichdrawalotofattentionsinrecentyears，havebecometheintemationalresearchhotspotbecauseoftheadvantagessuchasgoodbeamquality,highefficiency，excellentheatdissipationcapability,andcompactness．Usingthehighpowerpulsedfiberlaserasthepumps

7、ource，thePPMgI。N-basedopticalparametricoscillatorcanachievehi曲poweroutputinmid-infraredwaveband，whichcanbeusedinawidevarietyofapplicationssuchasLIDAR，infraredjammingandoptoelectroniccountermeasure．Inthisthesis，themainworkisonthedevelopmentofthehighpowermulti-

8、10nspulsedfiberlasersandtheirapplicationonPPMgLN—basedopticalparametricoscillator．Thethesisiscomposedofthefollowingresearchwork：acousto—optic(AO)Q-switchedfiberlaser,MOPAstructuredpulsedf