21世紀是光子的時代,高功率光纖激光器作為新一代激光器,相比氣體、化學、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,廣泛應用于工業(yè)加工、國防軍工、科學研究等領(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一步提升的主要非線性效應,限制了對高亮度激光器要求苛刻的領(lǐng)域應用。橫模不穩(wěn)定效應作為目前高功率光纖激光器發(fā)展的主要限制,對其理論分析及抑制方法的研究具有重大意義。本論文對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、熱傳導方程和波動方程出發(fā),建立了一個高維度多物理場耦合的橫模不穩(wěn)定耦合模模型。進一步驗證模型的可靠性,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作用時,既考慮信號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和光子暗化效應的作用,二者均伴隨熱效應產(chǎn)生,加劇橫模不穩(wěn)定效應,理論結(jié)果表明橫模不穩(wěn)定閾值顯著下降。提出評判橫模不穩(wěn)定閾值的新標準-橫模不穩(wěn)定泵浦閾值,可以有效評判不同類型大模場光纖的橫模不穩(wěn)定抑制能力。從激光器參數(shù)、非線性效應... 

【文章來源】：華南理工大學廣東省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：125 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

36kW高功率光纖激光器結(jié)構(gòu)圖

[22]。基于以上單纖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。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的限制。（2）國內(nèi)研究現(xiàn)狀高功率光纖激光器在國內(nèi)的研究起步較晚，但近幾年來也取得了較大進展，清華大學[24–27]、國防科技大學[28,29]、中科院上海光機所[30,31]、兵器裝備研究院[32]、中電集團[33]、中國工程物理研究院[34,35]等多家單位都已實現(xiàn)了光纖激光器數(shù)千瓦甚至十千瓦的功率水平輸出。2

基于大模場摻鐿石英光纖和二極管激光器泵浦，在理想的情況下推導出光纖激光器最高可以實現(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)個量級的提升，因此，將二級管激光器替換為光纖激光器進行泵浦可以實現(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現(xiàn)數(shù)千瓦的水平，二者與理論計算結(jié)果均有較大差7

【參考文獻】：
期刊論文
[1]全國產(chǎn)單纖激光系統(tǒng)獲得10.6 kW激光輸出[J]. 林宏奐,唐選,李成鈺,郭超,劉玙,趙鵬飛,王波鵬,王建軍,景峰.  中國激光. 2018(03)
[2]輸出功率突破3kW的全光纖激光振蕩器[J]. 張漢偉,王小林,楊保來,史塵,粟榮濤,馬鵬飛,周樸,許曉軍,陳金寶,劉澤金.  中國激光. 2017(04)
[3]Experimental demonstration of transverse mode instability enhancement by a counter-pumped scheme in a 2 kW all-fiberized laser[J]. ZEBIAO LI,ZHIHUA HUANG,XIAOYU XIANG,XIAOBAO LIANG,HONGHUAN LIN,SHANHUI XU,ZHONGMIN YANG,JIANJUN WANG,FENG JING.  Photonics Research. 2017(02)
[4]高功率摻鐿光纖的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J]. 王一礴,李進延.  中國激光. 2017(02)
[5]LD抽運主振蕩功率放大結(jié)構(gòu)4.1kW全光纖激光器[J]. 王小林,張漢偉,陶汝茂,粟榮濤,周樸,許曉軍.  中國激光. 2016(05)
[6]全光纖化高效率、窄線寬光纖激光器實現(xiàn)2.5kW近衍射極限輸出[J]. 楊依楓,沈輝,陳曉龍,全昭,鄭也,劉廣柏,漆云鳳,何兵,周軍,陳衛(wèi)標.  中國激光. 2016(04)
[7]Mode converter based on dual-core all-solid photonic bandgap fiber[J]. Yong Jun Zhang,Yuan Wang,Shan Yong Cai,Ming Ying Lan,Song Yu,Wan Yi Gu.  Photonics Research. 2015(05)
[8]摻Y(jié)b3+光纖中光暗化的研究概述[J]. 楊斌華,朱源,肖春.  光纖與電纜及其應用技術(shù). 2015(04)
[9]國產(chǎn)光纖實現(xiàn)直接抽運全光纖化3000W級激光輸出[J]. 王雪嬌,肖起榕,閆平,陳霄,李丹,杜城,莫琦,衣永青,潘蓉,鞏馬理.  物理學報. 2015(16)
[10]高功率微波波導無源器件迭代設(shè)計方法[J]. 王強,崔奉云,周海京,楊春,李彪,何曉陽.  強激光與粒子束. 2014(06)



本文編號：2946916