光纤激光器相干合成技术的研究

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1、摘要半导体激光器泵浦的光纤激光器比其他激光器具有高效率，结构紧凑，散热性好，高可靠性等特点，成为替代传统高功率化学激光器(如氧碘激光器，氟化氘激光器)的首选固态激光器。但是单个光纤激光器的理论极限输出功率为10kW，这对工业上和军事上要求的百千瓦乃至兆瓦量级的输出还有一定的距离。相干合成技术为实现更高功率的光纤激光器提供了有效的途径。相干合成技术在半导体激光器的组束中取得了很大的成功，因而对光纤激光器的相干合成研究才刚刚开始，便显示出广阔的应用前景，成为当前研究高功率激光器的热点。本文采用数值模拟分析的方法着重研究光

2、纤激光器阵列的光谱响应函数与腔结构的关系以及光纤激光器阵列的动态特性，主要内容包括：’1．相干合成技术和应用，以及它的发展和最新研究成果。2．研究了多镜谐振腔和环形场理论推导光纤激光器阵列光谱响应函数的理论；在深入分析光纤的祸合模理论、光纤布喇格光栅和线性啁嗽光纤光栅理论的基础上，利用数值模拟方法给出不同参数下的布喇格光纤光栅和线性啁啾光纤光栅反射谱与波长的关系。’3．利用数值模拟的方法深入地分析了迈克尔逊型相干合成激光器中布喇格光栅谐振波长差与光谱响应函数的变化关系；为了改善布喇格光栅谐振波长不匹配造成的光谱响应函

3、数过小的问题，提出了引入线性啁啾光纤光栅来改进腔体的新思路，并得到了比较理想的数值模拟结果。4．将迈克尔逊型相干合成激光器推广到光纤激光器阵列。数值模拟了光谱响应函数随阵列数N的关系；鳃释了实验中发现的阵列输出功率随阵列数N增加而减小的实验现象，指出该方案存在的局限性；研究了光谱响应函数与光程差的关系，给出了有指导意义的结论。5．利用迭代映射法、微扰理论和线性变换的方法，对光纤激光器阵列的动态效应进行了较深入的分析，讨论了光纤激光器阵列的闽值以及脉冲输出条件随泵浦功率的变化关系。重点阐述了光纤激光器阵列在常增益系数条

4、件下的稳定性随耦合器的长度d，阵列数N，耦合系数芷的变化关系，并解释了对应的物理含义。关键词：光纤激光器阵列，光谱响应函数，动态特性，干涉仪，光栅ABSTRACTDiode—pumpedsinglefiberlaser,comparedtootherhi班powerlasers，hasmeritsofhighefficient，highreliable，morecompact，goodthermalconductance，andbecometheprincipalcandidatetosubstitutethetra

5、ditionalhi曲powerchemicallaserssuchaschemicalOxygen-Iodinelaseranddeuteriumfluoridelaser．Howeversinglefiberlaserhavealimitationwithanu缸nostoutputpowerabout10kilowatt,whichissevereinsufficientforrequirementofhundredkilowattevenmegawattlevelindustryandmilitaryuse．

6、Coherentbeamcombiningprovideanefficientwaytoachievehi豇powerfiberlaser．Themethodofcoherentbeamcombininghasmadeagreatsuccessincombiningbeamofsemiconductorlasertoformahi曲powerlaserarray．Itisjustintroducedtofiberlasers，whichalreadyshownaperspectiveprospect,andbecom

7、eahotspotofhighpowerfiberlaserresearch．Thisdissertationmainlyfocusesontherelationshipbetweenspectrumresponsefunctionandresonatorconfiguration,andthedynamicsoffiberlaserarrayusingnumericalsimulation．Thefollowingisthemaincontentofthedissertation：1．Introducingappl

8、icationsofcoherentbeamcombining．Recentdevelopmentsandresearchachievementsofallfibercoherentbeamcombiningaresummarized．2．Comprehensiveintroductiononthederivationofthespectrum