大模场双包层光纤侧面泵浦耦合关键技术研究

《大模场双包层光纤侧面泵浦耦合关键技术研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、中文图书分类号：TN248密级：公开UDC：530学校代码：10005博士学位论文DOCTORALDISSERTATION论文题目：大模场双包层光纤侧面泵浦耦合关键技术研究论文作者：谭祺瑞学科：光学工程指导教师：王智勇论文提交日期：2016年6月20日UDC：530学校代码：10005中文图书分类号：TN248学号：B201213015密级：公开北京工业大学工学博士学位论文题目：大模场双包层光纤侧面泵浦耦合关键技术研究英文题目：RESEARCHONKEYTECHNOLOGIESOFLARGE-MODE-AREADOUBL

2、E-CLADFIBERSIDE-PUMPCOMBINER论文作者：谭祺瑞学科专业：光学工程研究方向：能量光电子技术与系统申请学位：工学博士指导教师：王智勇研究员所在单位：激光工程研究院答辩日期：2016年6月4日授予学位单位：北京工业大学独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京工业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在

3、论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：谭祺瑞日期：2016年6月4日关于论文使用授权的说明本人完全了解北京工业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。（保密的论文在解密后应遵守此规定）签名：谭祺瑞日期：2016年6月4日导师签名：王智勇日期：2016年6月4日摘要摘要高功率光纤激光器在光纤通信、工业加工、军事等领域中发挥着重要的作用，目前已经进入到了一个蓬勃发展的时期。在高功率光纤激光器中，泵浦

4、光耦合进大模场双包层光纤的泵浦方式主要有两种：端面泵浦和侧面泵浦。对于端面泵浦方式，泵浦光容易对双包层光纤的端面熔点造成损伤，另外当高功率光纤激光器用于工业加工时，加工区域存在的反射光在经过端面熔点时会对泵浦源造成损伤。对于侧面泵浦方式，耦合点不受限制、耦合点通过功率较小，有效解决了端面泵浦的问题，较易实现高功率输出。但侧面泵浦相对于端面泵浦工艺难度大，其性能还有待提高，如信号光插入损耗为0.5dB，泵浦光传输效率为90%，无法满足高功率光纤激光器级联泵浦的需求。本文根据高功率光纤激光器对泵浦耦合器技术参数的要求，研制了

5、一种耦合效率高、信号光插入损耗低、泵浦光传输损耗小的大模场双包层光纤侧面泵浦耦合器。首先模拟了泵浦耦合器的双波导非对称耦合理论，根据该理论搭建了多功能光纤拉锥熔合系统，制定了泵浦耦合器侧面熔合工艺，测试了泵浦耦合器的技术参数，设计了泵浦耦合器的封装结构，最后研制成了一种可用于高功率光纤激光器的大模场双包层光纤侧面泵浦耦合器，并利用所研制的泵浦耦合器搭建了双向泵浦结构和MOPA结构的基模高功率光纤激光器。本文所取得的研究成果如下：1.在双波导定向耦合器不完全耦合理论的基础上，针对大模场双包层光纤侧面泵浦耦合器非对称的特点，

6、将其耦合系数和光功率方程组做了进一步推导，并进行了数值仿真，研究结果表明两光纤中的光功率按照一定周期变化，当泵浦光纤的锥角在1°到1.5°之间时，可以获得97%以上的最佳耦合效率，且与其对应耦合长度的局部变化对耦合效率的影响较小。2.搭建了多功能光纤拉锥熔合系统并制定了泵浦耦合器侧面熔合工艺。一般侧面泵浦耦合器制作工艺是在熔接过程中将泵浦光纤扭转使其与主光纤贴覆，这会使泵浦光纤对主光纤产生轴向拉力和径向压力，从而使主光纤在与泵浦光纤熔合过程中发生形变导致信号光插入损耗较大。本文中所述的泵浦耦合器侧面熔合工艺，泵浦光纤对主

7、光纤的作用力较小，所研制的泵浦耦合器信号光插入损耗小于0.04dB。3.设计了泵浦耦合器封装结构，该结构包括涂覆层、高折率光学胶、石英衬底，并用Tracepro对封装结构进行了模拟仿真，从光学胶厚度、长度、折射率三个方面分别模拟了其对泄露泵浦光剥除效果的影响。-I-北京工业大学工学博士学位论文4.测试了泵浦耦合器的技术参数，具体包括耦合功率、耦合效率、信号光插入损耗、附加损耗、主光纤分光比、方向性、稳定性等。分析了影响泵浦耦合器技术参数的工艺参数，包括熔合时间、火炬位置、火炬高度、气体流量、气体湿度、拉伸速度、拉伸长度、

8、夹具同轴度、环境湿度等。测试了泵浦耦合器的稳定性，包括参数测试、振动测试、环境测试等。5.利用所研制的泵浦耦合器搭建了基模高功率光纤激光器，采用双向泵浦方式搭建了906W基模高功率光纤激光器，测试了该光纤激光器的工作稳定性，通过实验证明了所研制的泵浦耦合器具有防反射功能，可有效保护泵浦源免受损伤。同时还采用MOPA结