【摘要】：調Q脈沖光纖激光器具有光束質量好、能量和峰值功率高等優(yōu)點，近年來在許多領域引起了人們的廣泛關注，如工業(yè)、通信、醫(yī)學、軍事等領域。尤其在工業(yè)加工領域，顯示出了其綠色加工的獨特優(yōu)勢。目前國內外關于調Q光纖激光器的研究主要集中在高功率和高能量脈沖的實現(xiàn)方面，缺乏對脈沖動態(tài)特性的詳細分析和對脈沖工作控制方面的研究。因此，本文從脈沖動態(tài)輸出特性以及脈沖工作控制兩方面對全光纖化的調Q脈沖光纖激光器進行了深入的研究，具體工作如下： 首先，概述了調Q光纖激光器的基本理論，詳細介紹了自調Q光纖激光器和聲光調Q光纖激光器的工作原理。從速率方程、峰值功率、脈沖能量和脈沖寬度等方面介紹了調Q光纖激光器的工作特性，，總結了調Q光纖激光器的實現(xiàn)方法并進行了比較。 其次，基于自調Q光纖激光器的基本理論，設計并搭建了基于可飽和吸收體的自調Q摻鉺光纖激光器。分別從線形腔和環(huán)形腔兩種結構分析了激光器的動態(tài)輸出特性。對于線形腔結構，激光器經歷了從連續(xù)波到自調Q的運轉狀態(tài)。在泵浦功率21mW~190mW的范圍內，獲得了脈沖寬度8μs~100μs范圍內可調、重復頻率2.5kHz~54kHz范圍內可調的自調Q脈沖。脈沖重復頻率波動小于10%，峰值功率波動小于5%。對于環(huán)形腔結構，激光器經歷了從自調Q到連續(xù)波的運轉狀態(tài)。在泵浦功率16.2mW~110mW范圍內，獲得了脈沖寬度在138μs-180μs之間可調、重復頻率在2.8kHz-3.4kHz之間可調的自調Q脈沖。脈沖重復頻率波動小于5%，峰值功率波動小于11%。比較分析了兩種不同結構激光器的動態(tài)輸出特性，研究結果有助于進一步研究調Q脈沖光纖激光器的穩(wěn)定性問題，提高其實用性。 然后，由于自調Q摻鉺光纖激光器在脈沖工作控制方面存在局限性，為了進一步研究調Q脈沖光纖激光器的脈沖工作控制問題，在聲光調Q光纖激光器工作原理的基礎上，分別設計并搭建了基于前向泵浦和后向泵浦兩種泵浦方式的聲光調Q光纖激光器系統(tǒng)。通過調節(jié)外部信號發(fā)生器的重復頻率和占空比，在兩種泵浦方式的激光器系統(tǒng)實驗中，分別獲得了最小脈沖寬度為24ns和19ns的調Q脈沖，其重復頻率為80kHz。并從脈沖平均功率、脈沖寬度、脈沖平滑度和穩(wěn)定度等方面比較了兩種泵浦結構的激光器系統(tǒng)性能，結果表明，后向泵浦結構優(yōu)于前向泵浦結構。 最后，基于后向泵浦結構，研究了聲光調Q光纖激光器的脈沖工作控制方法。研究了外部控制信號重復頻率和占空比等參數(shù)對脈沖平均功率、脈沖寬度、重復頻率和平滑度的影響，并分別進行了理論解釋。最終脈沖重復頻率和脈沖寬度可以通過外部控制信號進行單獨控制，實現(xiàn)重復頻率在10kHz~100kHz范圍內可調、脈沖寬度小于100ns的穩(wěn)定平滑脈沖激光。 除此之外，本文詳細分析了實驗中脈沖重頻隨占空比的變化情況。從聲光調制器開啟時間與脈沖建立時間二者之間的關系出發(fā)，解釋了脈沖重頻與信號重頻成倍數(shù)關系的原因，并從該現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)了其與脈沖平滑度控制之間的關系。這在研究脈沖工作控制方面是一種新的思路。 本文分別從被動調Q、主動調Q兩種調Q方式研究了全光纖調Q脈沖光纖激光器的動態(tài)輸出特性和脈沖工作控制問題。最終，激光器脈沖的穩(wěn)定度、平滑度、重復頻率和脈沖寬度等參數(shù)都能得到靈活的控制，獲得了平滑、穩(wěn)定的窄脈沖輸出。該激光器適用于主振蕩功率放大(MOPA)系統(tǒng)中的優(yōu)質種子源，在工業(yè)加工中有助于提高加工效率和加工質量，具有很好的應用價值。
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【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TN248

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本文編號：2452249