【摘要】：中紅外脈沖光纖激光器由于其光束質(zhì)量好、散熱性好、單色性好等一些列顯著優(yōu)勢(shì),在生物醫(yī)學(xué)、空間遙感、工業(yè)加工、國(guó)防軍工等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。本文基于Ho~(3+)、Pr~(3+)共摻氟化物光纖,研究分析了中紅外被動(dòng)調(diào)Q脈沖光纖激光器相關(guān)特性,并且分別利用三種材料作為新型真實(shí)可飽和吸收體,在3μm波段實(shí)現(xiàn)了被動(dòng)調(diào)Q脈沖激光輸出;此外,基于摻Er~(3+)氟化物光纖搭建了中紅外增益調(diào)制脈沖光纖激光器,研究分析了增益調(diào)制脈沖激光器的機(jī)理。本論文的主要工作可以分為以下幾點(diǎn):1.基于摻Ho~(3+)氟化物光纖,Ho~(3+)、Pr~(3+)共摻氟化物光纖與摻Er~(3+)氟化物光纖,分別建立速率方程、功率耦合方程等相關(guān)理論模型,同時(shí)在此基礎(chǔ)上,建立了基于真實(shí)可飽和吸收體的被動(dòng)調(diào)Q激光模型。通過(guò)數(shù)值模擬,得到了光纖長(zhǎng)度、光纖摻雜濃度對(duì)激光器性能影響的趨勢(shì);此外還得到了被動(dòng)調(diào)Q脈沖激光特性隨著泵浦功率變化的趨勢(shì)。通過(guò)相關(guān)理論的研究分析,我們對(duì)實(shí)驗(yàn)中所采用的光纖長(zhǎng)度、摻雜濃度進(jìn)行了優(yōu)化,并對(duì)實(shí)驗(yàn)方案起到了關(guān)鍵性的指導(dǎo)作用。2.在Ho~(3+)、Pr~(3+)共摻氟化物光纖激光器系統(tǒng)中,分別以Bi_2O_2Se、摻Al ZnO(AZO)、Sb三種材料作為可飽和吸收體,首次在3μm波段實(shí)現(xiàn)了被動(dòng)調(diào)Q脈沖激光輸出:(a)基于Bi_2O_2Se制作空間可飽和吸收體,得到了脈沖寬度最窄2μs,重復(fù)頻率最高62.5 kHz,輸出平均功率最高21.5 mW,中心波長(zhǎng)2860.4 nm的被動(dòng)調(diào)Q激光脈沖。(b)基于AZO制作空間可飽和吸收體,得到了脈沖寬度最窄1.77μs,重復(fù)頻率最高71.43 kHz,輸出平均功率最高26.9 mW,中心波長(zhǎng)位于2864.2 nm的被動(dòng)調(diào)Q激光脈沖。(c)基于Sb制作空間可飽和吸收體,得到了脈沖寬度最窄1.74μs,重復(fù)頻率最高119 kHz,輸出平均功率最高80 mW,中心波長(zhǎng)位于2895.1 nm的被動(dòng)調(diào)Q激光脈沖。3.基于摻Er~(3+)氟化物光纖,實(shí)現(xiàn)了3μm波段信噪比高、穩(wěn)定性好的增益調(diào)制脈沖激光輸出。本著單一變量原則,分別以泵浦激光脈沖寬度、重復(fù)頻率、峰值功率為變量,得到了3μm增益調(diào)制激光脈沖。在此基礎(chǔ)上,我們從各自相應(yīng)的角度分析了“多產(chǎn)一”、“一產(chǎn)一”、“一產(chǎn)多”等相關(guān)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,得到了一系列結(jié)論,對(duì)增益調(diào)制光纖激光器機(jī)理有了進(jìn)一步了解。實(shí)驗(yàn)中,我們得到了輸出平均功率241.2mW,峰值功率5.27 W,脈沖能量12.06μJ,脈沖寬度2.29μs,重復(fù)頻率20 kHz,中心波長(zhǎng)2875.5 nm的穩(wěn)定增益調(diào)制激光脈沖,信噪比高達(dá)62.7 dB。
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN248
【圖文】：

因此光纖在工作狀態(tài)下發(fā)熱量也較小，同時(shí)實(shí)驗(yàn)成相關(guān)理論具有重要意義。 Ho3+氟化物光纖激光器的理論模型 2-1 所示，是摻 Ho3+氟化物光纖激光器系統(tǒng)中能級(jí)示意圖。H光作用下通過(guò)基態(tài)吸收（GSA）作用激發(fā)到5I6能級(jí)，而在泵浦光6能級(jí)上的粒子數(shù)不斷堆積，形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，此時(shí)5I6能級(jí)上的，2.9 μm 的激光輸出便是在此過(guò)程中產(chǎn)生。在激發(fā)態(tài)吸收（E級(jí)上的粒子數(shù)躍遷至5I4能級(jí)，減少了5I7能級(jí)上粒子數(shù)，因此的產(chǎn)生。而在另一激發(fā)態(tài)吸收（ESA2）作用下,5I6能級(jí)上粒子躍S2上，導(dǎo)致5I6能級(jí)上粒子數(shù)較小，顯然這不利于 2.9μm 激光的溫下，上能級(jí)5I6上粒子壽命為 3.5 ms，遠(yuǎn)小于下能級(jí)5I7上粒不利于 2.9μm 激光的輸出。而在雙包層光纖中，ESA 作用不明上轉(zhuǎn)換（ETU）作用顯著[84]。其中，ETU1過(guò)程消耗了下能級(jí)5I7

第二章 摻 Ho3+和摻 Er3+氟化物光纖激光器的理論研究時(shí)抑制 2.1μm 級(jí)聯(lián)激光的輸出。然而，ET1過(guò)程也抑制了 Ho3+中的 ETU1過(guò)程，但總體而言在低濃度 Ho3+、Pr3+共摻氟化物光纖中，ET1作用明顯強(qiáng)于 ETU1作用，因此在用于產(chǎn)生 3 μm 波段激光時(shí)。Ho3+、Pr3+共摻氟化物光纖相較于摻 Ho3+氟化物光纖具有光光轉(zhuǎn)化效率較高的優(yōu)勢(shì)。

浦光的持續(xù)激勵(lì)下，與下能級(jí)4I13/2形成粒子數(shù)反轉(zhuǎn)，高能級(jí)4向4I13/2能級(jí)躍遷，2.8μm 激光輸出就是產(chǎn)生于該過(guò)程；而由于級(jí)聯(lián)上的粒子躍遷至基態(tài)4I15/2，該過(guò)程中產(chǎn)生了 1.6 μm 級(jí)聯(lián)激光輸下，2.8μm 激光上能級(jí)4I11/2吸收泵浦光能量，躍遷至4F7/2能級(jí)， 2.8μm 激光上能級(jí)粒子數(shù)，因此阻礙了 2.8μm 激光的輸出。值得Ho3+氟化物光纖中類似的，摻 Er3+氟化物光纖中，2.8μm 激光下能大約 9 ms，大于上能級(jí)4I11/2粒子壽命 6.9 ms，隨著時(shí)間的積累與升，這將最終導(dǎo)致 2.8 μm 激光躍遷自終止，很明顯這將成為限制的瓶頸。而 ETU1過(guò)程不僅消耗了 2.8 μm 激光下能級(jí)4I13/2上粒子的粒子數(shù)中一半躍遷至高能級(jí)4I9/2上，而該能級(jí)上粒子數(shù)會(huì)因?yàn)?I11/2能級(jí)上，這一過(guò)程顯然有助于 2.8μm 激光的輸出。此外，與光器系統(tǒng)中類似的，在摻 Er3+氟化物光纖激光器系統(tǒng)中同樣存在著這一過(guò)程，基態(tài)4I15/2上粒子將躍遷至4I13/2上，同時(shí)高能級(jí)2H11/2至能級(jí)4I9/2。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

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本文編號(hào)：2793104