發(fā)布時間：2018-05-27 07:11

  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：《國防科學技術大學》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)制造和國防軍事領域都有重要的應用,是近年來國際上的研究熱點。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,實現(xiàn)功率進一步提升的新型光纖。然而相關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,設計和研發(fā)分布式側(cè)面耦合包層泵浦光纖,并通過實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,并對方程進行了近似解析求解和數(shù)值計算模擬;詳細分析了分布式側(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兩方面與常規(guī)雙包層光纖激光器進行對比研究。結(jié)果顯示,經(jīng)過優(yōu)化設計可以使分布式側(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,基于自主設計并研制的分布式側(cè)面耦合包層泵浦光纖進行高功率光纖激光器的實驗驗證。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驗,獲得了118.7W,斜率效率75.6%的放大輸出�；诂F(xiàn)有實驗條件,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.
【學位授予單位】：國防科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN248

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 陳文駒,林美蓉;泵浦/探測增益光譜學[J];量子電子學;1986年04期

2 邱文法;陶瓷泵浦腔的實驗研究[J];激光雜志;1994年04期

3 阮NB;寧提綱;裴麗;胡旭東;;高功率雙包層光纖激光器的泵浦技術[J];光纖與電纜及其應用技術;2009年01期

4 商繼敏;陳鵬;王石語;;泵浦光對固體激光器光束質(zhì)量的影響[J];應用激光;2012年03期

5 張華,徐世祥,范滇元;用蒙特卡羅方法計算棒狀放大器內(nèi)的泵浦能量分布[J];光學學報;1997年12期

6 付成鵬;;遠程泵浦系統(tǒng)中增益單元放置位置的優(yōu)化配置的研究[J];烽火科技;2011年09期

7 藍可，，張毓泉，于敏;共振光泵浦X光激光機制的研究[J];強激光與粒子束;1994年03期

8 馮國英,呂百達;單段與多段陣列式放大器泵浦腔的比較研究[J];強激光與粒子束;1998年04期

9 張利平;段志春;陳建國;周鼎富;楊澤厚;;雙包層光纖激光器泵浦閾值的解析表達式[J];光電工程;2006年11期

10 陳林;景峰;鄧青華;段文濤;陳遠斌;丁磊;劉建國;羅亦明;劉勇;楊敏;賀少勃;;高功率二極管列陣泵浦固體激光泵浦耦合優(yōu)化設計[J];強激光與粒子束;2011年06期

相關會議論文 前10條

1 朱曉寧;鄭磊;李巨浩;丁偉;張利劍;陳章淵;;引入二階泵浦后不同泵浦方式拉曼放大器性能比較[A];全國第十一次光纖通信暨第十二屆集成光學學術會議（OFCIO’2003）論文集[C];2003年

2 朱志武;馮瑩;魏立安;官慶;姜廣文;;多點泵浦雙包層光纖激光器理論以及數(shù)值分析[A];光電技術與系統(tǒng)文選——中國光學學會光電技術專業(yè)委員會成立二十周年暨第十一屆全國光電技術與系統(tǒng)學術會議論文集[C];2005年

3 郎利影;邢岐榮;李術新;徐世祥;王鍇;柴路;王清月;;雙光子吸收及泵浦光斑對太赫茲輻射的影響[A];光電技術與系統(tǒng)文選——中國光學學會光電技術專業(yè)委員會成立二十周年暨第十一屆全國光電技術與系統(tǒng)學術會議論文集[C];2005年

4 任潔;劉輝;王葉兵;盧本全;謝玉林;常宏;;堿土金屬中重泵浦光對單態(tài)能級冷卻影響的理論及實驗研究[A];第十六屆全國量子光學學術報告會報告摘要集[C];2014年

5 周俊鶴;陳建平;;一種計算拉曼放大器后向泵浦的新算法[A];2003'全國微波毫米波會議論文集[C];2003年

6 張遠憲;馮黎;劉春;普小云;;消逝波泵浦的回音壁模式激光增益計算[A];中國光學學會2011年學術大會摘要集[C];2011年

7 趙保真;梁曉燕;冷雨欣;王乘;姜永亮;李儒新;徐至展;;利用不同的泵浦波長優(yōu)化啁啾脈沖參量放大[A];上海市激光學會2005年學術年會論文集[C];2005年

8 褚政;劉勁松;;強太赫茲場下光生載流子量子產(chǎn)生效率與泵浦光強度關系研究[A];第十三屆全國紅外加熱暨紅外醫(yī)學發(fā)展研討會論文及論文摘要集[C];2011年

9 蔣建鋒;涂波;周唐建;崔玲玲;姚震宇;唐淳;;高平均功率薄片激光多通泵浦耦合系統(tǒng)設計[A];中國工程物理研究院科技年報（2005）[C];2005年

10 武志超;凌銘;譚雪春;金光勇;寧國斌;梁柱;;高重頻三向側(cè)面泵浦DPL耦合系統(tǒng)設計[A];2007年先進激光技術發(fā)展與應用研討會論文集[C];2007年

相關重要報紙文章 前2條

1 實習生　姜靖;提速：從30分鐘到3秒鐘[N];科技日報;2007年

2 周壽桓;明確應用 解決固體激光技術難題[N];中國電子報;2007年

相關博士學位論文 前10條

1 朱學華;大口徑非聚焦泵浦的受激布里淵散射閾值及脈沖壓縮研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2015年

2 譚祺瑞;大模場雙包層光纖側(cè)面泵浦耦合關鍵技術研究[D];北京工業(yè)大學;2016年

3 王子健;1064nm主振蕩功率放大泵浦PPMgLN中紅外光學參量振蕩器研究[D];長春理工大學;2016年

4 黃值河;分布式側(cè)面耦合包層泵浦光纖激光器研究[D];國防科學技術大學;2015年

5 林林;二極管泵浦固體激光器中泵浦效果的分析與評價[D];西安電子科技大學;2012年

6 趙鴻;二極管側(cè)面泵浦倍頻固體激光技術研究[D];中國科學院西安光學精密機械研究所;2001年

7 李忠洋;基于非線性光學方法產(chǎn)生高功率THz波輻射源的研究[D];天津大學;2011年

8 盛泉;共振泵浦在摻Nd~(3+)全固態(tài)激光器及非線性光學頻率變換技術中的應用[D];天津大學;2013年

9 高松;角泵浦Nd:YAG復合板條基模激光器及其光束對稱性研究[D];清華大學;2010年

10 李桂秋;LD泵浦全固態(tài)調(diào)Q激光特性理論與實驗研究[D];山東大學;2006年

相關碩士學位論文 前10條

1 許金山;基于環(huán)型腔的泵浦光增強型光參量放大研究[D];華東師范大學;2009年

2 白曉磊;脈沖泵浦摻鐿雙包層光纖激光器的理論和實驗研究[D];天津大學;2010年

3 宦有文;泵浦光分布對振蕩光分布特性影響的研究[D];西安電子科技大學;2013年

4 朱志武;多點泵浦摻鐿雙包層光纖激光器輸出特性的理論分析與數(shù)值模擬[D];國防科學技術大學;2005年

5 殷蘇嘉;基于雙波長綜合泵浦的固體激光器可控熱管理研究[D];天津大學;2012年

6 張衡;全固態(tài)激光器熱激發(fā)泵浦和綜合泵浦技術研究[D];天津大學;2008年

7 王磊;氙燈微秒級泵浦固體染料激光主放電回路參量優(yōu)化研究[D];哈爾濱工業(yè)大學;2007年

8 靳文龍;泵浦光對二極管泵浦固體激光器轉(zhuǎn)換效率的影響[D];西安電子科技大學;2011年

9 吳娟;低損耗泵浦合束器技術研究[D];中國工程物理研究院;2014年

10 唐珂;泵浦光為平頂光束時對DPL泵浦效果的影響[D];西安電子科技大學;2006年

本文編號：1940977