本文選題：光纖激光器 + 分布式側(cè)面耦合包層泵浦光纖��； 參考：《國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：高功率光纖激光器在材料精密加工等工業(yè)制造和國防軍事領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用,是近年來國際上的研究熱點(diǎn)。盡管常規(guī)雙包層光纖推動了高功率光纖激光器的發(fā)展,但是其功率的進(jìn)一步提升面臨重大挑戰(zhàn);而分布式側(cè)面耦合包層泵浦(Distributed Side-Coupled Cladding-Pumped,DSCCP)光纖是一種有望突破限制,實(shí)現(xiàn)功率進(jìn)一步提升的新型光纖。然而相關(guān)研究的國際報道極為有限,國內(nèi)的研究報道幾近空白。因此,論文基于分布式側(cè)面耦合包層泵浦光纖傳輸特性的研究,設(shè)計和研發(fā)分布式側(cè)面耦合包層泵浦光纖,并通過實(shí)驗驗證該光纖在高功率光纖激光器中的表現(xiàn)。首先,介紹了弱耦合近似下兩波導(dǎo)之間模耦合系數(shù)的求解;數(shù)值模擬分析了泵浦光在分布式側(cè)面耦合包層泵浦光纖中的耦合傳輸特性,給出了泵浦光在不同結(jié)構(gòu)光纖之間的耦合過程,討論了強(qiáng)耦合與弱耦合之間的不同,分析了纏繞對泵浦光耦合吸收的影響;建立了簡化的泵浦光耦合傳輸模型,給出了估計綜合平均耦合系數(shù)的方法,并詳細(xì)分析了泵浦光的耦合傳輸特性和規(guī)律。其次,根據(jù)分布式側(cè)面耦合包層泵浦光纖中的泵浦光耦合傳輸特性建立了分布式側(cè)面耦合包層泵浦光纖激光器穩(wěn)態(tài)速率方程模型,并對方程進(jìn)行了近似解析求解和數(shù)值計算模擬;詳細(xì)分析了分布式側(cè)面耦合包層泵浦光纖激光器的特性及影響因素,并從出光效率和熱效應(yīng)兩方面與常規(guī)雙包層光纖激光器進(jìn)行對比研究。結(jié)果顯示,經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計可以使分布式側(cè)面耦合包層泵浦光纖激光器在保持與常規(guī)雙包層光纖激光器同樣高效率的同時具有較大的熱管理優(yōu)勢。最后,基于自主設(shè)計并研制的分布式側(cè)面耦合包層泵浦光纖進(jìn)行高功率光纖激光器的實(shí)驗驗證。利用直徑10/125-125的分布式側(cè)面耦合包層泵浦光纖,在國內(nèi)首次實(shí)現(xiàn)了該種光纖107W斜率效率51.3%的放大器輸出,并論證了基于分布式側(cè)面耦合包層泵浦光纖雙端泵浦的可行性;利用直徑30/250-250的分布式側(cè)面耦合包層泵浦光纖,提出了級聯(lián)放大方案并獲得了兩級放大的1009W光纖放大器輸出,在國內(nèi)首次驗證了分布式側(cè)面耦合包層泵浦光纖級聯(lián)放大的千瓦量級系統(tǒng)的可行性。此外,還驗證了分布式側(cè)面耦合包層泵浦光纖高功率振蕩器實(shí)驗,獲得了1519W斜率效率64.6%的波長為1080nm振蕩器輸出;探索了1018nm光纖激光級聯(lián)泵浦分布式側(cè)面耦合包層泵浦光纖放大器實(shí)驗,獲得了118.7W,斜率效率75.6%的放大輸出�；诂F(xiàn)有實(shí)驗條件,分別用LD直接泵浦和光纖激光級聯(lián)泵浦的方式設(shè)計了兩套萬瓦級光纖激光器,模擬結(jié)果顯示它們都具有輸出萬瓦高功率光纖激光的能力。
[Abstract]:High power fiber laser has been widely used in industrial manufacturing, military defense and so on. It is a hot research topic in the world in recent years. Although conventional double-clad fiber has promoted the development of high-power fiber lasers, the further improvement of its power faces major challenges, while the distributed Side-Coupled cladding-pumped DSCCP-fiber is a promising breakthrough. A new type of fiber for further power enhancement. However, the international reports of related studies are very limited, and the domestic research reports are almost blank. Therefore, based on the study of the transmission characteristics of the distributed side-coupled cladding pumped fiber, the distributed side-coupled cladding pumped fiber is designed and developed, and the performance of the fiber in the high-power fiber laser is verified by experiments. First of all, the solution of mode coupling coefficient between two waveguides under weak coupling approximation is introduced, and the coupling propagation characteristics of pump light in distributed side-coupled cladding pumped fiber are analyzed numerically. The coupling process of pump light between different fiber structures is given, the difference between strong coupling and weak coupling is discussed, the influence of winding on the coupling absorption of pump light is analyzed, and a simplified coupling transmission model of pump light is established. A method for estimating the combined average coupling coefficient is presented, and the coupling propagation characteristics and rules of the pump light are analyzed in detail. Secondly, the steady state rate equation model of the distributed side-coupled cladding pumped fiber laser is established according to the characteristics of the pump optical coupling propagation in the distributed side-coupled cladding pumped fiber. The equation is solved by approximate analysis and numerical simulation, and the characteristics and influencing factors of distributed side-coupled cladding pumped fiber laser are analyzed in detail. The optical efficiency and thermal effect are compared with conventional double-clad fiber lasers. The results show that the distributed side-coupled cladding pumped fiber laser can keep the same efficiency as the conventional double-clad fiber laser and has the advantage of thermal management. Finally, the experimental verification of high power fiber laser is carried out based on the distributed side-coupled cladding pumped fiber designed and developed by ourselves. The 107W slope efficiency of the 107W fiber is first achieved by using the distributed side-coupled cladding pumped fiber with a diameter of 10 / 125-125, and the feasibility of double-end pumping based on the distributed side-coupled cladding pumped fiber is demonstrated. Using distributed side-coupled cladding pumped fiber with diameter of 30 / 250-250, a cascade amplification scheme is proposed and the output of 1009W fiber amplifier with two amplifiers is obtained. The feasibility of the distributed side-coupled cladding pumped fiber cascade amplification system is verified for the first time in China. In addition, the experiment of distributed side-coupled cladding pumped fiber high power oscillator is verified. The wavelength of 1519W slope efficiency of 64.6% is output of 1080nm oscillator. The experiment of 1018nm fiber laser cascade pumped distributed side-coupled cladding pumped fiber amplifier has been carried out. The amplification output of 118.7 W and slope efficiency of 75.6% has been obtained. Based on the existing experimental conditions, two sets of optical fiber lasers are designed by LD direct pumping and fiber laser cascade pumping, respectively. The simulation results show that both of them have the ability to output high power optical fiber lasers.
【學(xué)位授予單位】：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN248

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本文編號：1940977