【摘要】：中紅外激光器在工業(yè)、軍事和醫(yī)療上具有很廣泛的應(yīng)用,近年來(lái)成為了激光領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)�；诳招竟饫w的氣體拉曼散射可以實(shí)現(xiàn)高功率的中紅外激光輸出,這就為中紅外激光器的制作提供了一條有效的途徑。空芯反諧振光纖具有寬傳輸通帶、低損耗、高損傷閾值和單模傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn),已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于氣體拉曼激光器的研究中。本文通過(guò)設(shè)計(jì)空芯反諧振光纖的結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了不同波段低損耗的導(dǎo)光通帶。通過(guò)納秒激光器泵浦充入空芯反諧振光纖中的甲烷氣體,產(chǎn)生了多階的斯托克斯光和反斯托克斯光。用高峰值功率的激光器泵浦充入中紅外空芯反諧振光纖中的甲烷,獲得了高峰值功率的中紅外拉曼激光,并且研究了中紅外拉曼激光輸出功率與壓強(qiáng)和泵浦光功率之間的關(guān)系,主要研究?jī)?nèi)容分為以下幾個(gè)部分:1.首先介紹了有關(guān)拉曼散射的基本概念,對(duì)拉曼散射的原理進(jìn)行了概述。其次對(duì)比分析了自發(fā)和受激拉曼散射,通過(guò)受激拉曼散射耦合波方程的有關(guān)理論,分析了瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)受激拉曼散射,還對(duì)振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)受激拉曼散射進(jìn)行了介紹。最后研究了空芯光纖中的拉曼閾值。2.對(duì)反諧振反射原理、泄漏模原理和多層模型理論這三種用來(lái)解釋空芯反諧振光纖導(dǎo)光機(jī)理的理論進(jìn)行了研究。對(duì)空芯反諧振光纖的仿真方法、導(dǎo)光特性和拉制過(guò)程進(jìn)行了闡述。3.研究了甲烷氣體分子結(jié)構(gòu)及其拉曼特性。為了產(chǎn)生甲烷的氣體拉曼散射光,設(shè)計(jì)并拉制了纖芯直徑為44μm,包層孔直徑為24μm的無(wú)節(jié)點(diǎn)空芯反諧振光纖。對(duì)比了自由空間、毛細(xì)管和空芯反諧振光纖中光與氣體的相互作用效率。采用1064 nm納秒激光器泵浦甲烷產(chǎn)生了多階的拉曼散射光。計(jì)算空芯反諧振光纖中的穩(wěn)態(tài)受激拉曼散射閾值約為4.5μJ,對(duì)甲烷產(chǎn)生拉曼散射的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析。4.為了獲得中紅外拉曼激光光源,設(shè)計(jì)并且拉制了纖芯直徑為68μm,包層孔直徑為34μm的中紅外空芯反諧振光纖,光纖在1.064μm和1.544μm的仿真損耗分別為0.03 dB/m和0.015 dB/m,2.812μm的測(cè)量損耗為0.41 dB/m。制作了1064 nm的固體皮秒激光器,激光器的重頻為1 kHz,脈寬為12 ps,峰值功率能達(dá)到91 MW。在耦合泵浦光功率為766 mW時(shí),1.544μm拉曼激光輸出峰值功率為5.9 MW,相應(yīng)量子轉(zhuǎn)換效率為14%;獲得了高峰值功率的中紅外2.812μm拉曼激光光源,2.812μm拉曼激光最大平均功率為113 mW,峰值功率可以達(dá)到了9.5 MW,對(duì)應(yīng)的量子轉(zhuǎn)換效率為40%。通過(guò)高峰值功率的激光器泵浦中紅外空芯反諧振光纖中的甲烷,獲得了高峰值功率的中紅外2.812μm拉曼激光光源,這為高峰值功率中紅外激光器的制作提供了有效的方式。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN253;TN248

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本文編號(hào)：2703420