脉冲全光纤激光器的研究

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1、重庆师范大学硕士学位论文脉冲全光纤激光器的研究硕士研究生：方刚指导教师：张鹏教授戴特力教授学科专业：光学工程所在学院：物理与电子工程学院重庆师范大学二〇一四年三月万方数据ChongqingNormalUniversityMasterThesisStudyonPulsedAll-FiberLaserMaster:GangFangDissertationSupervisor:Prof.P.Zhang&Prof.T.L.DaiSpecializedsubject:OpticalEngineeringC

2、ollege:CollegeofPhysicsandelectronicengineeringChongqingNormalUniversityMarch,2014万方数据重庆师范大学硕士学位论文中文摘要脉冲全光纤激光器的研究摘要连续光纤激光器随着双包层光纤制作工艺以及大功率半导体激光器泵浦技术的快速发展，其输出功率已经达到数千瓦水准，而脉冲光纤激光器的平均功率已经达到了数百瓦的水准。掺杂稀土元素（镱、铥、铒等）的光纤作为光纤激光器的增益介质，镱离子（Yb）具有宽的吸收光谱(典型值910～980

3、nm)、宽的发射光谱(典型值1040～1100nm)、量子转换效率高以及很高的吸收截面，容易实现高功率激光输出。而脉冲光纤激光器作为光纤激光器的一种，因为其独特的优势而快速的发展，在医疗，国防军事，工业加工等领域已经得到广泛的应用。对国内和国外连续、脉冲光纤激光器的研究进展进行了综述，介绍了脉冲光纤激光器的基本原理，包括光纤激光器的泵浦方式、双包层光纤的基本结构、光纤激光器的关键技术及其双包层光纤中的掺杂稀土离子。首先通过求解速率方程，得出脉冲光纤激光器的输出激光功率表达式，对脉冲光纤激光器进行

4、了数值分析。然后根据已有的掺（Yb）双包层光纤、泵浦源和输出腔镜等相关参数，用Matlab软件进行数值模拟，分析了光纤激光器中掺镱（Yb）双包层光纤的温度分布，得出了双包层光纤激光器的热效应与泵浦功率、包层直径、环境温度、光纤对泵浦光的吸收系数有关，并且分别对激光器输出激光功率的影响因素：输出腔镜、泵浦功率、掺杂浓度、光纤长度、泵浦波长进行了分析。通过相关理论研究得出的结论，选择合适的有源光纤、泵浦方式、腔镜、泵浦源等，搭建了种子光振荡放大（MOPA）结构的脉冲全光纤激光器系统平台。对双包层光纤

5、进行外包层剥除、端面切割、熔接、涂覆等处理，并用利用设计的铜V形槽进行封装对其进行冷却，使其达到最小熔接损耗。对激光二极管进行温度控制，使其在正常温度下稳定运行。对脉冲全光纤激光器进行优化，实现高功率脉冲光纤激光输出。并针对泵浦光不能完全被吸收，增加了有源光纤的长度并且设计了包层泵浦光功率剥除器，在实验中有效的滤除了有源光纤未被吸收的泵浦光。当种子源的泵浦源(LD)的电流为1.5A，输出平均功率45mW时，经过放大器的泵浦源(LD)的电流为1.8A，电压为5.4V后输出激光平均功率为469mW。

6、关键词：光纤激光器，双包层光纤，镱（Yb）掺杂，数值分析，声光调Q，温度控制，包层泵浦光剥离器。万方数据重庆师范大学硕士学位论文英文摘要StudyonPulsedAll-FiberLaserAbstractWiththerapiddevelopmentofdoublecladfiberandhighpowersemiconductorlaserpumptechnologymakingprocess,continuousoutputpoweroffiberlaserhasreachedsevera

7、lkilowattslevel,averagepowerofpulsefiberlaserhasreachedhundredswattlevel.Fiberlasersusefiberwithrareearthelement(ytterbium,thulium,erbiumetc.)asgainmedium,ytterbiumions(Yb)withwideabsorptionspectrum(typically910~980nm),thewideemissionspectra(typicall

8、y1040~1100nm),highquantumconversionandabsorptioncrosssectionofhighefficiency,easytorealizehighpowerlaseroutput.Whilethepulsefiberlaserasoneofopticalfiberlaser,becauseofitsuniqueadvantagesandrapiddevelopment,inmedical,military,industryandotherfieldsha