mopa光纤激光体系放大级增益光纤与高质量种子源重要技术研究

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1、MOPA光纤激光体系放大级增益光纤与高质量种子源重要技术研究1绪论1.1引言激光器的研究真正开始于1958年科学家SchabeiBen提出的利用光栗浦三能级原子系统实现原子数反转的思想[2]。之后，全球的研究小组开始了一场研制世界上第一台激光器的激烈竞赛。很快，在1960年，世界上第一台激光器诞生于美国California州休斯实验室，Maiman等科学家成功进行了红宝石全固态激光器的实验演示，从此开启了激光器研究的大门。光纤激光器的研究起源于1961年，当时Snitzer在纤芯为300nm的掺钱(Nd3*)玻璃波导

2、中发现了激光辐射现象。随后，Snitzer等人又发表了有关共掺杂光纤中光放大的论文，分别提出了光纤激光器和光纤放大器的构想。1966年，高锟和Hockham首次讨论了研制低损耗光纤的可能性，为现代光纤通信奠定了基础，也为通信波段光纤激光光源的研究提出了迫切的要求。大约到了1975年左右，随着低损耗光纤的研制成功和作为光纤激光器菜浦源的半导体激光器的不断实用化，光纤激光器和光纤通信的研究开始进入了快速发展时期。1985年，英国Southampton大学的Poole等人利用化学气相沉积法制作出了第一根低损耗的单模掺铒光纤

3、(ErbiumdopedFiber,EDF)并制作了掺铒光纤激光器，标志着稀土离子掺杂技术走向成熟，也为各种掺杂增益光纤的制作奠定了基础。1987年，英国Southampton大学的Mears等人和美国Bell实验室的Desurvire等人先后对掺锝光纤放大器进行了研究并验证了其可行性，实现了光纤通信线路中的光放大，极大推动了光纤通信向更长中继传输距离发展。..1.2MOPA光纤激光技术MOPA光纤激光技术，即使用具有高光束质量的低功率激光器作为种子光源，高功率光纤放大器用作种子源放大，最终实现同时具有高光束质量和高

4、功率的激光输出，其典型的结构示意图如图1.1所示其中，种子源可以选择固体激光器、半导体激光器以及光纤激光器。在MOPA光纤激光系统中，种子源激光器只需提供较小的功率，但是要求其具有较好的光束输出质量，比如：对于连续光需要高稳定性、高信噪比、窄线宽、单偏振等，对于脉冲光需要高重复频率和短脉冲等（对于脉冲光本文不做研究)；高功率光纤放大器负责激光功率的放大，通常采用双包层大模场有源光纤作为增益介质，高功率半导体激光器作为泵浦源，其质量的优劣也会直接影响最终输出激光的质量，那么对于放大级增益光纤的选型和栗浦方式的选取也就变

5、得尤为重要。通常，MOPA光纤激光系统都采用种子源加一级放大得到所需功率和光束质量指标，但在有些情况下需要更高功率输出等，则需要进行两级或多级放大。MOPA光纤激光系统最大的优势在于整个系统的输出激光的光谱、波长稳定性、线宽等特性，都只由种子源决定，但对种子源却不需要追求高输出功率，这就大大地增加了种子源部分的可操作灵活度，比如可以在种子源激光腔内加入各种滤波和调谐器件，从而实现最终输出激光的单频窄线宽、单偏振、波长可调谐、多波长输出等等。2光纤内部残余应力和折射率特性联合表征技术理论及实验方法2.1引言光纤内部双折

6、射的存在为光纤的无损残余应力(RS)测量和表征提供了基础。根据光弹性测量技术，可以得到光束延垂直于光纤轴向方向穿过光纤后所产生的偏振相关光延迟(Retardation)。利用测量得到的光延迟的分布可以计算得到残余应力的分布特性。对于轴向对称光纤内部残余应力的表征可以简单地通过求解单次光?延迟测量结果的逆Abel变换而得到，若要表征轴向非对称光纤内部的残余应力特性，则必须求得横截面残余应力分布特性。计算机断层扫描(putedTomography,CT)法是得到横截面残余应力分布特性的有效方法，其大致步骤为：首先，通过以

7、一定角度间隔旋转光纤得到每个光纤角度下的光延迟分布；然后，通过得到的所有光纤角度下的光延迟分布来计算横截面残余应力分布。然而，不论是表征轴向对称还是轴向非对称光纤内部的残余应力特性，准确的光延迟测量是一切的前提。如绪论中所述，通过测量相对光强度来计算光延迟相比于通过测量最小或零光强度来计算光延迟的精度要低很多，而许多通过测量最小或零光强度来计算光延迟的技术又不适合表征具有较小双折射（光延迟在；1/100量级）的光纤内部残余应力特性本论文采用的残余应力表征方法一Brace-Kohler补偿器(Brace-K6hlerp

8、ensator,BKC)法可以准确测量光纤引起的较低量级的光延迟。本章第二节将给出残余应力表征的理论分析和利用Brace-Kohler补偿器法实现光纤内部三维残余应力分布特性表征的过程，包括实验室数据釆集和后期数据处理的方法。当光束横向穿过光纤时，光束波前由于相位积累效应会形成一定的相位分布形式，而光束在穿过光纤的同时也穿过光纤周围的均匀介质而