【摘要】：大功率全光纖結(jié)構(gòu)脈沖摻鐿光纖激光器因具有結(jié)構(gòu)緊湊,高峰值功率以及良好的光束質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn),被廣泛應(yīng)用于精密材料加工、激光雷達(dá)、遙感以及非線性頻率轉(zhuǎn)換等不同方向和領(lǐng)域。本論文以大功率全光纖結(jié)構(gòu)脈沖摻鐿光纖激光器關(guān)鍵技術(shù)為主,以優(yōu)化摻鐿光纖參數(shù)來(lái)提高脈沖激光性能為核心,對(duì)調(diào)Q和被動(dòng)鎖模兩種類型的脈沖摻鐿光纖振蕩激光器以及全光纖結(jié)構(gòu)脈沖激光摻鐿光纖放大系統(tǒng)進(jìn)行了系統(tǒng)的理論分析和實(shí)驗(yàn)研究。本論文首先從摻鐿光纖的理論出發(fā),闡述了石英光纖中鐿離子的特性�；贛CVD工藝和溶液摻雜技術(shù),介紹了雙包層摻鐿石英光纖的制備過(guò)程。使用課題組自制的摻鐿光纖,對(duì)大功率脈沖摻鐿光纖激光器進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。首先搭建了一個(gè)基于聲光調(diào)Q的全光纖MOPA摻鐿光纖激光器系統(tǒng),通過(guò)該系統(tǒng)對(duì)纖芯包層直徑分別為10/130μm、20/130μm以及30/250μm的雙包層摻鐿光纖進(jìn)行了不同的對(duì)比實(shí)驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果結(jié)合數(shù)值模擬,對(duì)摻鐿光纖的參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化以提高脈沖激光的性能。最終在纖芯包層直徑為50/400μm的雙包層摻鐿光纖中實(shí)現(xiàn)了平均功率為200W的納秒脈沖激光,單脈沖能量達(dá)到約3.3mJ。還搭建了一個(gè)基于SBS的被動(dòng)調(diào)Q摻鐿光纖激光環(huán)形振蕩器。通過(guò)一段單模光纖來(lái)激發(fā)反向斯托克斯脈沖并在摻鐿光纖中放大,達(dá)到閾值后激光器可以輸出高峰值功率的幾十納秒的自調(diào)Q脈沖。通過(guò)調(diào)節(jié)泵浦功率,可以改變激光器的重復(fù)頻率和輸出功率。在腔內(nèi)加入一個(gè)帶通濾波器后,有效地抑制了調(diào)Q脈沖序列中的時(shí)間抖動(dòng)現(xiàn)象。為了獲得脈寬更窄以及峰值功率更高的脈沖激光,對(duì)被動(dòng)鎖模摻鐿光纖激光器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)與理論研究。搭建了一個(gè)基于NPR被動(dòng)鎖模摻鐿光纖振蕩器。通過(guò)在激光腔內(nèi)加入一小段保偏光纖實(shí)現(xiàn)等效雙折射濾波器,可以在實(shí)驗(yàn)中觀察到耗散孤子脈沖的分裂與捕獲現(xiàn)象。在脈沖捕獲過(guò)程中,兩個(gè)正交偏振方向上的脈沖能夠以相同的群速度在腔內(nèi)傳輸,并且在激光光譜中還會(huì)伴隨著邊帶的產(chǎn)生。對(duì)于耗散孤子捕獲以及邊帶的產(chǎn)生進(jìn)行了對(duì)應(yīng)的數(shù)值模擬。還搭建了一個(gè)基于SESAM的被動(dòng)鎖模摻鐿光纖環(huán)形激光振蕩器。在激光腔內(nèi)沒(méi)有使用可調(diào)諧濾波器或者長(zhǎng)周期光柵,而只依靠腔內(nèi)偏振敏感器件等效為的雙折射濾波器實(shí)現(xiàn)了雙波長(zhǎng)鎖模以及單波長(zhǎng)可調(diào)諧。同時(shí)還對(duì)腔內(nèi)雙波長(zhǎng)耗散孤子脈沖的鎖模過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬與分析�；赟ESAM被動(dòng)鎖模摻鐿光纖激光振蕩器,搭建了一個(gè)全光纖MOPA皮秒脈沖摻鐿光纖激光器系統(tǒng),并且在纖芯包層直徑為50/400μm的雙包層摻鐿光纖中實(shí)現(xiàn)了平均功率為100W的皮秒脈沖激光,峰值功率約為31kW。為了降低在放大中SRS的影響同時(shí)保持脈沖激光的光束質(zhì)量,在放大級(jí)中使用了級(jí)聯(lián)長(zhǎng)周期摻鐿光纖光柵。輸出激光的SRS抑制比達(dá)到約10dB,光束質(zhì)量M~2為1.35。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN248
【圖文】：

秒脈沖摻鐿光纖激光器的產(chǎn)品來(lái)滿足工業(yè)中激光焊接以及激光清潔等應(yīng)用需求。國(guó)際上，在2000年英國(guó)南安普頓大學(xué)的J. A. Alvarez-Chavez等人搭建了一個(gè)調(diào)Q摻鐿光纖激光振蕩器，結(jié)構(gòu)如圖1.1所示。他們?cè)诩す馇粌?nèi)使用了一段大模場(chǎng)摻鐿光纖并通過(guò)包層泵浦的方式實(shí)現(xiàn)了激光器振蕩輸出5W的調(diào)Q脈沖激光，單脈沖能量達(dá)到2.3mJ。由于纖芯直徑達(dá)到44μm能夠支持多個(gè)模式在纖芯中傳輸，所以激光光束質(zhì)量M2為3[20]。圖1.1 基于大模場(chǎng)摻鐿光纖的調(diào)Q光纖激光器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

3在2012年，德國(guó)耶拿大學(xué)的Florian Jansen等人通過(guò)在調(diào)Q光纖激光器以及光纖放大級(jí)中使用大節(jié)距摻鐿光子晶體光纖來(lái)產(chǎn)生納秒脈沖激光，激光器結(jié)構(gòu)如圖1.2所示。通過(guò)兩級(jí)放大后，單脈沖能量可達(dá)26mJ，這是目前脈沖光纖激光器研究報(bào)道中輸出最高的單脈沖能量。大節(jié)距摻鐿光子晶體光纖不僅具有大的模場(chǎng)面積同時(shí)還能夠保持激光在纖芯中的單模傳輸，因此可以實(shí)現(xiàn)脈沖激光在放大后依然保持單模傳輸同時(shí)也不會(huì)引入非線性效應(yīng)的影響，但由于光纖中的微結(jié)構(gòu)，目前只能通過(guò)空間光路的方式來(lái)進(jìn)行耦合[21]。圖 1.2 基于大節(jié)距摻鐿光子晶體光纖的調(diào) Q 光纖激光器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖2014年，加拿大瑞爾森大學(xué)的Xijia Gu等人使用了一段小纖芯的摻鐿光纖來(lái)作為可飽和吸收體，搭建了一個(gè)線型腔被動(dòng)調(diào)Q摻鐿光纖激光振蕩器。激光腔由一對(duì)中心波長(zhǎng)為1064nm的光纖布拉格光柵對(duì)以及一段4.5m長(zhǎng)的雙包層摻鐿光纖組成，結(jié)構(gòu)如圖1.3所示。雙包層摻鐿光纖的纖芯包層直徑為15/130μm

光譜寬度為0.16nm，激光器最大輸出功率為14W，對(duì)應(yīng)峰值功率和單脈沖能量分別為6kW和141μJ[22]。圖1.3 基于摻鐿光纖可飽和吸收體的被動(dòng)調(diào)Q摻鐿光纖激光振蕩器結(jié)構(gòu)示意圖2016年，Raja Ramanna先進(jìn)技術(shù)中心的Usha Chakravarty等人報(bào)道了一個(gè)基于

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2790883