高功率脈沖光纖激光器具有單脈沖能量高、光束質(zhì)量好、轉(zhuǎn)換效率高、熱效低等特點(diǎn),在激光加工、醫(yī)療保健、軍事武器、精密測(cè)量等眾多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。在激光加工領(lǐng)域中,由于不平滑脈沖的存在,難以得到理想的脈沖波形,使得輸出激光的質(zhì)量降低,影響加工效果,降低了激光加工的實(shí)用性,因此,輸出脈沖平滑度是脈沖光纖激光器的重要指標(biāo)。本文提出了控制脈沖平滑度的方法和結(jié)構(gòu),研究了非對(duì)稱(chēng)腔和對(duì)稱(chēng)腔種子源脈沖光纖激光器的輸出特性,并搭建了高功率脈沖光纖激光器。論文具體工作如下:1、研究了高功率納秒光纖激光器的相關(guān)原理。闡述了光纖激光器的結(jié)構(gòu)原理,分析了脈沖光纖激光器的關(guān)鍵技術(shù)。詳細(xì)的研究了聲光調(diào)Q光纖激光器原理與MOPA結(jié)構(gòu)。2、基于非對(duì)稱(chēng)腔的基本理論,搭建了非對(duì)稱(chēng)腔種子源實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),研究了該系統(tǒng)的輸出特性。測(cè)試了種子源輸出功率、重復(fù)頻率、脈沖寬度、脈沖波形、激光光譜等參數(shù),獲得了最大輸出功率為1.61W,中心波長(zhǎng)為1063.93nm,3d B帶寬為0.12nm,最小脈沖寬度為61ns,重復(fù)頻率在10KHz-80KHz可調(diào)的脈沖序列。其中,重點(diǎn)研究了種子源輸出脈沖的重復(fù)頻率與Q開(kāi)關(guān)重復(fù)頻率不相等現(xiàn)象,分析了能量高低不等脈沖出現(xiàn)的原因;提出了控制脈沖多峰現(xiàn)象的方法。通過(guò)調(diào)節(jié)系統(tǒng)泵浦功率、Q開(kāi)關(guān)的重復(fù)頻率、開(kāi)啟時(shí)間以及上升時(shí)間等系統(tǒng)參數(shù),分析其特性以及規(guī)律,成功地減少了脈沖多峰個(gè)數(shù),提高了非對(duì)稱(chēng)腔種子源系統(tǒng)輸出脈沖的平滑度,但仍存在脈沖不平滑問(wèn)題。3、為了解決種子源系統(tǒng)輸出平滑度問(wèn)題,在對(duì)稱(chēng)腔理論基礎(chǔ)上,提出并搭建了對(duì)稱(chēng)腔種子源實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),研究了該系統(tǒng)的輸出特性。測(cè)試了種子源輸出功率、重復(fù)頻率、脈沖寬度、脈沖波形、激光光譜等參數(shù),獲得了最大輸出功率為0.59W,中心波長(zhǎng)1063.98nm,3d B帶寬0.14nm,最小脈沖寬度為58ns,重復(fù)頻率在10KHz-80KHz可調(diào)的平滑脈沖序列。其中,著重地研究了“混亂”脈沖出現(xiàn)的原因,對(duì)比分析了該系統(tǒng)兩端泵浦功率不相等對(duì)輸出脈沖平滑度的影響,解決了輸出脈沖不平滑問(wèn)題。4、為了提高激光器的輸出功率,采用MOPA結(jié)構(gòu),搭建了高功率納秒脈沖光纖激光器。種子源采用對(duì)稱(chēng)腔結(jié)構(gòu),放大級(jí)采用二級(jí)放大的方式,分別測(cè)試了一、二級(jí)放大器輸出功率、脈沖寬度、激光光譜以及脈沖波形等參數(shù),一體化集成后,最后獲得平均功率為30.3W的平滑脈沖激光輸出。
【學(xué)位單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TN248
【部分圖文】：

吉林大學(xué)碩士學(xué)位論文在傳輸泵浦光的過(guò)程中，該類(lèi)型光纖容易產(chǎn)生非常多的“螺旋光”，經(jīng)反射都不能進(jìn)入纖芯，降低了增益光纖對(duì)泵浦光的吸收效率，因此，人種方法來(lái)抑制“螺旋光”的產(chǎn)生。①偏心法，即改變光纖中纖芯的位置離光纖中心，使得泵浦光經(jīng)過(guò)多次反射依然能夠經(jīng)過(guò)纖芯，從而產(chǎn)生光纖內(nèi)包層設(shè)計(jì)為其他形狀，避免相應(yīng)的 “螺旋光”出現(xiàn)，增加增益收效率。大量實(shí)驗(yàn)表明，與圓形內(nèi)包層光纖相比，非圓形內(nèi)包層光纖能多的泵浦光，并且不同形狀內(nèi)包層光纖的吸收效率也不同。由于制作工效率等因素的影響，矩形內(nèi)包層光纖在現(xiàn)實(shí)中有廣泛的應(yīng)用。圖 2.2 為包層光纖截面圖。

第 2 章 高功率納秒脈沖光纖激光器相關(guān)理論，側(cè)面泵浦主要在光纖的側(cè)面進(jìn)行泵浦，從而使光纖的兩輸入和輸出，并且也能夠使泵浦光均勻地分布在光纖內(nèi)部，最典型的有熔錐側(cè)面泵浦和 V 形槽側(cè)面泵浦。泵浦首先需要清理出相應(yīng)的內(nèi)包層，然后將多根裸露的光纏繞起來(lái)，并加熱熔化連接，同時(shí)拉伸光纖兩端，使熔化便于泵浦光從雙包層光纖側(cè)面，經(jīng)過(guò)多模光纖進(jìn)入內(nèi)包層圖 2.6 為側(cè)面泵浦示意圖。側(cè)面泵浦的穩(wěn)定性和耦合效率響小，但是對(duì)拉錐技術(shù)的要求比較高。

激光器諧振腔內(nèi)部的損耗 ，讓品質(zhì)因數(shù) Q 變小，粒子數(shù)不斷地累積；然后降低激光器諧振腔的損耗 的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)被消耗，形成調(diào) Q 脈沖輸出。工作原理如圖 2.8 所示，橫坐標(biāo)為時(shí)間軸，曲線(xiàn) n 況，曲線(xiàn) 代表產(chǎn)生的激光光子數(shù)密度改變情況。當(dāng)耗 很大，品質(zhì)因數(shù) Q 值很小，產(chǎn)生激光的反轉(zhuǎn)粒部沒(méi)有激光產(chǎn)生，當(dāng)泵浦源開(kāi)始泵浦，腔內(nèi)反轉(zhuǎn)粒，腔內(nèi)反轉(zhuǎn)粒子數(shù) n 達(dá)到最大值0 n ；當(dāng) t>0 時(shí)，Q小，品質(zhì)因數(shù) Q 變大，激光產(chǎn)生的閾值變?yōu)閠 n ，此，伴隨著反轉(zhuǎn)粒子數(shù) n 不斷被消耗，光子數(shù)密度 變密度 和激光產(chǎn)生的閾值t n 相等，光子數(shù)密度 達(dá)密度 慢慢減小，反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度 小于產(chǎn)生激光諧振腔內(nèi)部剩余的反轉(zhuǎn)粒子數(shù)密度為f n 。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2847020