高功率窄线宽掺镱全光纤超荧光源光谱合束

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1、中文图书分类号：TN248密级：公开UDC：535学校代码：10005硕士学位论文MASTERALDISSERTATION论文题目：高功率窄线宽掺镱全光纤超荧光源光谱合束论文作者：魏守宇学科：光学工程指导教师：王璞论文提交日期：2016年6月UDC：535学校代码：10005中文图书分类号：TN248学号：S201313020密级：公开北京工业大学工学硕士学位论文题目：高功率窄线宽掺镱全光纤超荧光源光谱合束英文题目：SPECTRALBEAMCOMBININGOFHIGHPOWERNARROWLINEWIDTHYTTERBIUM-DOPEDALL-FIBERSUPERFLUORESCENT

2、SOURCES论文作者：魏守宇领域：光学工程研究方向：能量光电子申请学位：工学硕士指导教师：王璞教授所在单位：激光工程研究院答辩日期：2016年6月授予学位单位：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论文中作了明确的说明并表示了谢意。签名：魏守宇日期：2016年6月2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

3、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：魏守宇日期：2016年6月2日导师签名：王璞日期：2016年6月2日摘要摘要作为固体激光器的一种特殊形式，光纤激光器具有结构紧凑、能量转换效率高、光束质量好、抗环境干扰能力强等优点，现已广泛应用到激光加工与制造、通信遥感、科研医疗、军事国防安全等领域中。随着大模场面积双包层光纤的出现、光纤元器件及高功率二极管泵浦源的制造技术日趋成熟，利用大模场面积光纤降低光纤激光器非线性效应，可实现单根光纤万瓦级输出功率

4、，但光束质量并不理想，且在高功率运转条件下，由于光纤熔点损伤及掺杂光纤热损伤等因素限制，使得输出功率难以大幅提高。利用高功率窄线宽光纤光源实现光谱合束可作为突破单根光纤最高输出功率瓶颈的一种手段，来获得具有良好光束质量的高功率激光输出。但窄线宽光纤激光器在高功率条件下容易产生受激布里渊散射，超荧光源兼具激光与荧光特性，是一种具有无自脉冲、无弛豫振荡、无模式竞争和极高时间稳定性等突出优点的新型高亮度光纤光源，通过光纤放大器容易获得稳定的高功率输出，并且具有很高的受激布里渊散射阈值，这使得窄线宽超荧光光源在高功率光谱合束技术中更具备应用潜力。本论文主要对窄线宽光纤超荧光光源和超荧光光源的光谱

5、合束展开了系统的研究，通过实验初步论证利用超荧光光源实现光谱合束的可行性，主要包括以下内容：（1）对窄线宽全光纤掺镱超荧光光源进行了实验研究。实验利用环形器和光纤布拉格光栅（FBG）对同一宽带超荧光种子源滤波，获得3dB带宽均为0.05nm，中心波长分别为1060nm和1078nm两路窄线宽超荧光种子源。（2）利用主震荡功率放大结构掺镱光纤放大器对两路窄线宽超荧光种子源放大，采用20/130掺镱双包层光纤作为主放大级增益介质，获得了57.4W（中心波长1060nm）和56.6W（中心波长1078nm）的窄线宽超荧光输出，光谱3dB带宽均为0.05nm。利用透射式衍射光栅所获得窄线宽超荧光

6、光源实现光谱合束输出。在最高输出功率水平下，获得了104.2W的超荧光合束输出，合束效率分别为91.3%。（3）为获得更高功率的窄线宽超荧光输出，通过更换主放大级结构，利用20/400掺镱双包层光纤作为主放大级增益介质，获得了两路输出功率均为225.8W，中心波长分别为1060.26nm和1078.67nm，光谱3dB带宽在高功率放大过程中出现了轻微展宽，两路窄线宽超荧光光源3dB带宽分别由0.042nm和0.052nm展宽至0.07nm和0.063nm。利用透射式衍射光栅对所获得高功率窄线宽超荧光光源进行光谱合束，获得最高为406W的超荧光合束输出，合束效率87%。以上两组窄线宽超荧光

7、光源输出中心波长均未出现偏移，合束光束质量较单路超I北京工业大学工学硕士学位论文荧光光源光束质量未出现明显恶化。关键词：光纤超荧光光源；光纤放大器；掺镱光纤；光谱合束IIAbstractAbstractAsaspecifictypeofsolid-statelaser,fiberlasersgetmanyadvantagessuchascompactstructure,highenergyconversioneffic