21世紀(jì)是光子的時(shí)代,高功率光纖激光器作為新一代激光器,相比氣體、化學(xué)、固體等激光器,具有高光電轉(zhuǎn)換效率、良好散熱性、優(yōu)異光束質(zhì)量、緊湊性等優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于工業(yè)加工、國(guó)防軍工、科學(xué)研究等領(lǐng)域。橫模不穩(wěn)定的橫空出現(xiàn),成為了制約單纖單模激光器功率水平進(jìn)一步提升的主要非線性效應(yīng),限制了對(duì)高亮度激光器要求苛刻的領(lǐng)域應(yīng)用。橫模不穩(wěn)定效應(yīng)作為目前高功率光纖激光器發(fā)展的主要限制,對(duì)其理論分析及抑制方法的研究具有重大意義。本論文對(duì)于高功率光纖激光器中橫模不穩(wěn)定的理論研究及抑制方法,取得的研究成果如下:從速率方程、熱傳導(dǎo)方程和波動(dòng)方程出發(fā),建立了一個(gè)高維度多物理場(chǎng)耦合的橫模不穩(wěn)定耦合模模型。進(jìn)一步驗(yàn)證模型的可靠性,和討論耦合系數(shù)的影響要素。為了適用于數(shù)千瓦的光纖激光系統(tǒng),橫模不穩(wěn)定模型中加入了增益飽和效應(yīng)作用時(shí),既考慮信號(hào)光飽和也考慮泵浦光飽和。理論模型中分別引入受激拉曼散射效應(yīng)和光子暗化效應(yīng)的作用,二者均伴隨熱效應(yīng)產(chǎn)生,加劇橫模不穩(wěn)定效應(yīng),理論結(jié)果表明橫模不穩(wěn)定閾值顯著下降。提出評(píng)判橫模不穩(wěn)定閾值的新標(biāo)準(zhǔn)-橫模不穩(wěn)定泵浦閾值,可以有效評(píng)判不同類(lèi)型大模場(chǎng)光纖的橫模不穩(wěn)定抑制能力。從激光器參數(shù)、非線性效應(yīng)... 

【文章來(lái)源】：華南理工大學(xué)廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：125 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：博士

【部分圖文】：

36kW高功率光纖激光器結(jié)構(gòu)圖

[22]�；谝陨蠁卫w單模激光功率的提升，可以繪制如圖1-2所示的功率提升圖[23]。不難發(fā)現(xiàn)，光纖激光的功率水平呈 2 dB/年的速度增長(zhǎng)。近幾年高功率光纖激光器的功率水平已經(jīng)處于停滯狀態(tài)，這主要是非線性效應(yīng)的限制。（2）國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀高功率光纖激光器在國(guó)內(nèi)的研究起步較晚，但近幾年來(lái)也取得了較大進(jìn)展，清華大學(xué)[24–27]、國(guó)防科技大學(xué)[28,29]、中科院上海光機(jī)所[30,31]、兵器裝備研究院[32]、中電集團(tuán)[33]、中國(guó)工程物理研究院[34,35]等多家單位都已實(shí)現(xiàn)了光纖激光器數(shù)千瓦甚至十千瓦的功率水平輸出。2

基于大模場(chǎng)摻鐿石英光纖和二極管激光器泵浦，在理想的情況下推導(dǎo)出光纖激光器最高可以實(shí)現(xiàn)單纖單模 36.6 kW 的激光，具體如圖1-3所示。圖 1-3 功率提升極限圖[81]Fig. 1-3 Physical power limits[81]光纖激光器相比二極管激光器在亮度上有數(shù)個(gè)量級(jí)的提升，因此，將二級(jí)管激光器替換為光纖激光器進(jìn)行泵浦可以實(shí)現(xiàn)最高 70.7 kW 的單纖單模激光[82]。然而，以目前的功率水平，除了 IPG 公司采用同帶泵浦方式以及定制光纖實(shí)現(xiàn) 20 kW 的功率水平[21]，采用二極管泵浦的光纖激光器僅能實(shí)現(xiàn)數(shù)千瓦的水平，二者與理論計(jì)算結(jié)果均有較大差7

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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