基于主振蕩功率放大器結(jié)構(gòu)的高功率摻Tm³⁺光纖激光器是2μm波段高功率光纖激光器的主要實(shí)現(xiàn)形式,摻Tm³⁺光纖放大器（Thulium-doped fiber amplifier,TDFA）熱效應(yīng)管理的研究對(duì)于其輸出激光功率的不斷提升具有重要意義。本文主要對(duì)TDFA熱效應(yīng)管理的泵浦方式優(yōu)化方面進(jìn)行理論研究,利用龍格庫塔法以及牛頓迭代法求解不同泵浦方式下TDFA的穩(wěn)態(tài)速率方程,并根據(jù)熱傳導(dǎo)方程,模擬摻Tm³⁺光纖（Thulium-doped fiber,TDF）溫度沿徑向和軸向的分布。結(jié)合遺傳算法理論,研究了分段泵浦方式,經(jīng)過參數(shù)優(yōu)化,在功率為5 W的2 020 nm輸入信號(hào)光、總功率為1 000 W的793 nm激光泵浦、TDF吸收系數(shù)為3.1 dB/m條件下,將總長度為11 m的TDF分為2.4,2,2,2,2.6 m的5段進(jìn)行泵浦,得到放大信號(hào)激光輸出功率為284.5 W、斜率效率為28.45%、光纖外包層邊界最高溫度為86.28℃且溫度總體分布均勻。與傳統(tǒng)前向泵浦、雙端泵浦方式下的TDFA相比,其熱效應(yīng)有明顯改善。 

【文章來源】：發(fā)光學(xué)報(bào). 2020年07期 北大核心

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

3H6→3H4能級(jí)躍遷示意圖

其中,P+pm(0)、P-pm(L)、P+sm(0)、P-sm(L)分別為第m段的前、后向泵浦光與信號(hào)光功率。p+m和p-m分別是第m段前、后向注入泵浦光功率,μ為泵浦點(diǎn)泵浦光的泄露比率,取0.123;η為前、后向激光在經(jīng)過泵浦點(diǎn)時(shí)的損耗比率,取0.01;下標(biāo)m表示相應(yīng)的光纖段序數(shù)。2.2 溫度分布和理論模型

基于表1中的參數(shù),對(duì)于TDFA,圖3給出了前向泵浦方式下,泵浦功率為1 000 W、信號(hào)光功率為5 W、纖芯摻雜濃度N=2.5×1026 m-3時(shí)光纖徑向溫度分布以及光纖外包層邊界(r=200 μm)處溫度沿光纖軸向的分布情況。從圖3(a)中可以看出,TDF中纖芯與外包層外側(cè)處溫差為20 ℃,而纖芯與外包層外側(cè)正常工作所允許的最高溫度分別為700 ℃與200 ℃,故外包層外側(cè)的溫度為主要的限制因素。從圖3(b)中可以看出,泵浦端的外包層外側(cè)溫度為693.21 ℃,遠(yuǎn)高于200 ℃,所以在高功率TDFA中需要進(jìn)行熱管理。3 分段泵浦仿真分析與優(yōu)化

【參考文獻(xiàn)】：
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