本文關(guān)鍵詞：高功率和高能量中紅外光纖激光器的理論和實(shí)驗(yàn)研究

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【摘要】：近年來,3.0μm波段的高功率和高能量光纖激光器因其在醫(yī)療、材料加工、大氣監(jiān)測(cè)、軍事對(duì)抗以及科研領(lǐng)域的潛在應(yīng)用前景,已經(jīng)引起了越來越多國(guó)內(nèi)外科研工作者的關(guān)注。3.0μm波段的高功率和高能量光纖激光器有著光纖激光器體積小、易于集成、光束質(zhì)量好、靈活性高等優(yōu)點(diǎn),已經(jīng)成為了中紅外激光器發(fā)展的主要方向之一。本文從理論和實(shí)驗(yàn)上重點(diǎn)研究了高功率連續(xù)光纖激光器和高能量脈沖光纖激光器。主要研究成果有以下幾點(diǎn):1.基于級(jí)聯(lián)摻Er3+和摻Ho3+ZBLAN光纖激光器的速率方程、功率傳輸方程和產(chǎn)熱方程建立了綜合的理論模型。通過對(duì)模型數(shù)值求解,對(duì)光纖長(zhǎng)度、離子摻雜濃度、能級(jí)躍遷過程、輸出耦合、泵浦參數(shù)和產(chǎn)熱特性等進(jìn)行了深入研究。結(jié)果表明當(dāng)離子摻雜濃度高于1 mol.%時(shí),激光的斜率效率和閾值都會(huì)隨著離子濃度的增加而穩(wěn)步地增加;減少上能級(jí)躍遷的輸出耦合可以降低下能級(jí)躍遷的閾值,而降低下能級(jí)躍遷的輸出耦合有利于上能級(jí)躍遷;后向泵浦方式可以獲得最高的斜率效率;相對(duì)于高濃度摻雜光纖,低濃度摻雜光纖出現(xiàn)輸出功率飽和現(xiàn)象時(shí)所對(duì)應(yīng)的泵浦功率較高;低濃度級(jí)聯(lián)摻雜光纖是最適合高功率輸出的光纖,因?yàn)槠淇梢栽趯?shí)現(xiàn)較高的斜率效率的同時(shí)擁有較低的溫度,并且不會(huì)出現(xiàn)輸出功率的飽和。2.基于理論優(yōu)化結(jié)果,搭建了高功率級(jí)聯(lián)摻Er3+ZBLAN光纖激光器,其中低濃度1.5mol.%的摻Er3+ZBLAN光纖作為增益光纖,用975 nm的高功率激光器作為泵浦源。在泵浦功率達(dá)到64 W時(shí),實(shí)現(xiàn)了中心波長(zhǎng)為2885 nm的連續(xù)激光的輸出,最大輸出功率達(dá)到了為15.2 W,相應(yīng)的斜率效率為26.7%。這是目前基于低濃度摻Er3+ZBLAN光纖,在無水冷的情況下所得到的最高輸出功率。同時(shí),我們?cè)诒闷止β蕿?7.28 W時(shí),觀測(cè)到了1.6μm級(jí)聯(lián)激光的產(chǎn)生,最大輸出功率3.2 W,斜率效率7.1%。3.應(yīng)用新型二維材料拓?fù)浣^緣體作為可飽和吸收體,并對(duì)其可飽和吸收特性進(jìn)行了測(cè)試,其調(diào)制深度為51.3%。然后我們搭建了被動(dòng)調(diào)Q脈沖光纖激光器,其中摻Ho3+ZBLAN光纖作為增益光纖,泵浦光波長(zhǎng)為1150 nm。在3.1 W的最大泵浦功率下實(shí)現(xiàn)了中心波長(zhǎng)為2979.9 nm的脈沖激光輸出,最大重復(fù)頻率為81.96kHz,最短脈沖寬度為1.37μs,最大輸出功率為327.4 mW,相應(yīng)的斜率效率為11.6%,單脈沖脈沖能量達(dá)到了3.99μJ。上述結(jié)果表明拓?fù)浣^緣體很適合用作可飽和吸收體來產(chǎn)生3μm波段的脈沖激光。4.將重復(fù)頻率為107.5 kHz,脈沖寬度為1.29μs的基于SESAM的被動(dòng)調(diào)Q脈沖激光作為種子源,結(jié)合Master Oscillator Power Amplifier(MOPA)即主震蕩功率放大技術(shù),實(shí)現(xiàn)了脈沖激光的放大。將種子激光注入摻Er3+ZBLAN光纖,在4.46W的放大泵浦功率下實(shí)現(xiàn)了重復(fù)頻率為94.3~151.5 kHz,脈沖寬度為0.82~1.21μs的脈沖放大激光的輸出,最大輸出功率為864.9 mW,相應(yīng)的斜率效率為21.1%,其中心波長(zhǎng)為從2820 nm紅移2835 nm,這是由于4I11/2→4I13/2能級(jí)躍遷終止斯塔克能級(jí)的變化。隨著放大泵浦功率的繼續(xù)增加,脈沖激光的脈沖序列出現(xiàn)畸變,再繼續(xù)增大泵浦功率脈沖序列會(huì)消失,這主要是由于自激振蕩的連續(xù)激光抑制了種子脈沖激光。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN248

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1231014