隨著科技的進步,光纖激光器由于高功率、高亮度和高效率等優(yōu)點廣泛應用于醫(yī)療和軍事等領域,成為新一代激光器的代表。摻鐿光纖激光器在高功率輸出方面具有巨大潛力,以鐿為核心增益介質(zhì)的特種光纖的制備則直接影響著高功率光纖激光器的輸出性能。本論文對鐿摻雜鋁硅二元體系光纖進行材料表征性能和激光性能研究,同時結合理論方法對其進行微觀結構計算,并與實驗結果進行對比分析,為摻鐿光纖材料本征特性提供理論解釋。最后對鐿鋁硅光纖研究結果進行綜合分析,為改進鐿摻雜光纖的配方與制作工藝提供數(shù)據(jù)對比,并提供相應改進意見。本論文主要研究內(nèi)容如下:(1)采用螯合物氣相摻雜法制備雙包層鐿摻雜鋁硅光纖,并介紹理論計算的研究方法,即采用分子動力學模擬淬火過程得到熔石英模型,基于密度泛函理論的第一性原理對模型進行結構優(yōu)化。(2)采用理論與實驗相結合的方法對鐿鋁硅光纖進行材料表征性能研究。實驗中對光纖進行截面元素分布、折射率分布、吸收光譜等性能表征測試,結果表明纖芯中的元素摻雜濃度和折射率分布相對均勻,但吸收能力相對較弱。理論計算中,構建Yb-AlSi團簇模型并進行性質(zhì)計算,從原子層面證實了Yb離子在光纖中存在價態(tài)為+3價,以及吸收波長在976 nm附近,同時說明理論計算的可行性。(3)自主搭建鐿鋁硅光纖激光器測試系統(tǒng),對光纖激光進行性能研究。主要包括對光纖進行斜率效率、激光光譜、光束質(zhì)量、輸出激光穩(wěn)定性等方面測試。研究結果表明,輸出激光光譜很純凈,泵浦光吸收完全,未出現(xiàn)非線性效應,在最高功率下進行長時間穩(wěn)定性考核過程中輸出功率未出現(xiàn)明顯下降現(xiàn)象,但激光輸出效率低下,光束質(zhì)量因子增大,說明光纖內(nèi)出現(xiàn)模式競爭,此現(xiàn)象不利于高功率激光輸出。
【學位單位】：北京郵電大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TN248
【部分圖文】：

功率與高效率等優(yōu)勢逐步得到重視與發(fā)展，并且在激光器與放大器方面取得??的研宄進展。如今，高功率摻鐿光纖激光器的發(fā)展處于日新月異的狀態(tài)，鑒??在醫(yī)療、工業(yè)、國防科技等領域的廣泛用途，如何快速發(fā)展出更高功率的光??光器已成為評判國家科研能力的一項重要標準，并且目前高功率摻鐿光纖激??市場的發(fā)展與競爭己進入白熱化階段。??１國外高功率摻鐿光纖激光器發(fā)展現(xiàn)狀??科技才能強國，激光技術的出現(xiàn)與發(fā)展是２０世紀最偉大的發(fā)明之一，影響??球的發(fā)展與進步。目前摻鐿光纖激光器己廣泛應用于工業(yè)市場中，但在高性??鐿光纖以及高功率摻鐿光纖激光器的研制方面，具有較高的技術壁壘，國外??科學院、耶拿大學、英國南安普頓大學等各個研究機構，此外還有ＩＰＧ、??ｒｅｎｔ、Ｔｒｕｍｐｆ、ｎＬｉｇｈｔ等公司，在國內(nèi)光纖激光器領域中明顯占據(jù)很大的市??額，其中１ＰＧ公司身為光纖激光器發(fā)展領域巨頭，更是占據(jù)主導地位。圖??述了國外各年份摻鐿光纖激光器最高功率的研宄與發(fā)展現(xiàn)狀，截至目前報??知，單模光纖激光器輸出功率達到２０?ｋＷ，而多模光纖輸出功率高達到１００??也是目前為止，摻鐿光纖激光器的最高功率輸出記錄。??

１９９８?２０００?２００２?２００４?２００６?２００８?２０１０?２０１２?２０１４??Ｙｅａｒ??圖１－１國外摻鐿高功率光汗激光器發(fā)展現(xiàn)狀（ｓｉｎｇｌｅｍｏｄｅ，ＳＭ：單模，ｍｕｌｔｉｍｏｄｅ，ＭＭ：多??模）。??１９８８年，由于雙包層光纖結構設計的出現(xiàn)，使得多模的高功率泵浦光注入??到內(nèi)包層中，增大纖芯吸收，提高輸出功率與激光效率，實現(xiàn)光纖激光器高功率??輸出的可能［１７］。１９９９年，Ｖｉｎｃｅ?Ｄｏｍｉｎｉｃ等人實現(xiàn)摻Ｙｂ光纖激光器１１０?Ｗ連續(xù)??３??

（８＋１）型雙向泵浦１１．２３?ｋＷ輸出，該科研成果是我國在分布式側面泵浦技術和??國產(chǎn)光纖激光材料領域的最高激光輸出紀錄另外，也實現(xiàn)單纖３?ｋＷ、６．８５??ｋＷ以及１０?ｋＷ輸出［４Ｍ３１。如圖１－３，簡明且直觀的顯示了近年來國內(nèi)高功率摻鐿光??纖激光器發(fā)展現(xiàn)狀。??個??ＰＩＬＦ－ｆｉｂｅｒ：?１０?ｋＷ??１００００?？??８０００?－??／?￥Ｍ?ｋＷ??＾?６０００?－??Ｉ?／??＜４０００－??ＳＭ＝３?ｋＷ／??細．?撕：丨層?ＳＭ＝＇－５＾??．?Ｍ?——?■??■■??Ｉ??０?Ｌ?■？?＊?■．?？?ｉ?１?．?ｉ?．?ｔ?，?＿?ｉ?ｉ?．?）?．??１９９８?２００１?２００４?２００７?２０１０?２０１３?２０１６?２０１９??Ｙｅａｒ??圖１－３國內(nèi)高功率摻鐿光纖激光器發(fā)展現(xiàn)狀。??此外，如武漢銳科，是國內(nèi)光纖產(chǎn)業(yè)的龍頭，己發(fā)展多種類型激光器與相應??光纖光柵器件，逐漸占據(jù)市場份額。由此可見，國內(nèi)光纖激光器的發(fā)展越來越迅??速，逐漸追趕國際水平，但在批量生產(chǎn)、產(chǎn)業(yè)化應用、更高功率摻鐿光纖激光器??與光纖器件研制等方面還有明顯差距。如若縮小差距，打破技術壁壘，就要對摻??鐿光纖制備工藝的改進投入大量實驗與研究，使其在國防及工業(yè)領域中發(fā)揮應有??的作用。鐿摻雜鋁硅是摻雜光纖最基本的組成成分，最優(yōu)的鐿摻雜鋁硅（Ｙｂ－ＡｌＳｉ）??二元體系光纖制備配方與工藝
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本文編號：2839099