熱致模式不穩(wěn)定TMI（Transverse mode instability,簡稱TMI）已成為制約近衍射極限激光功率提升的首要瓶頸,本文以高功率光纖放大器中模式控制為研究對象,從彎曲光纖放大器的TMI機理入手,建立了彎曲光纖放大器中的熱致折射率變化理論模型、彎曲光纖放大器的TMI理論模型、彎曲光纖放大器中受激拉曼散射效應（Stimulated Raman scattering,簡稱SRS）引起的TMI理論模型以及多波長泵浦彎曲光纖放大器的TMI理論模型,并提出采用915 nm和976 nm的波譜合束多波長LD后向泵浦光纖放大器,以抑制高功率光纖放大器的TMI,實現(xiàn)更高功率近衍射極限光纖激光輸出。論文主要的內(nèi)容和結論如下:一、彎曲增益光纖中的熱致模式彎曲損耗變化及對光纖放大器輸出特性影響的理論研究首先,本文結合熱傳導方程和保角變換,建立了彎曲增益光纖中熱致折射率變化的理論模型,首次實現(xiàn)了對彎曲增益光纖中熱致模式彎曲損耗的求解。其次,數(shù)值模擬了常規(guī)階躍折射率20/400增益光纖中的熱致彎曲損耗變化及其對有效單模運轉條件的影響。仿真結果表明,熱致折射率變化會引起基模（Fundamental... 

【文章來源】：國防科技大學湖南省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：131 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 連續(xù)高功率摻鐿光纖激光的發(fā)展現(xiàn)狀與瓶頸因素
        1.1.1 高功率連續(xù)摻鐿光纖激光的發(fā)展與現(xiàn)狀
        1.1.2 高功率摻鐿光纖激光的面臨的瓶頸因素
    1.2 抑制TMI的模式控制技術
        1.2.1 基于光纖設計的模式控制技術
        1.2.2 基于激光器設計的模式控制技術
    1.3 高功率泵浦情況下通過彎曲光纖實現(xiàn)模式控制面臨的問題
        1.3.1 熱致折射率變化引起的模式彎曲損耗改變
        1.3.2 彎曲光纖放大器的TMI
        1.3.3 SRS引起的TMI
        1.3.4 多波長泵浦情況下的TMI
    1.4 論文的主要內(nèi)容和結構安排
第二章 LMA增益光纖中的熱致彎曲損耗變化及對光纖放大器輸出特性的影響
    2.1 彎曲增益光纖熱致折射率變化的理論模型
        2.1.1 增益光纖中的溫度場和熱致折射率分布
        2.1.2 彎曲引起的熱致折射率變化
    2.2 LMA增益光纖中熱致彎曲損耗變化
        2.2.1 20 /400 LMA雙包層光纖中的熱致彎曲損耗變化數(shù)值模擬
        2.2.2 考慮熱致模式損耗變化的有效單模運轉條件
    2.3 熱致彎曲損耗變化對彎曲光纖放大器輸出特性的影響
        2.3.1 考慮熱致模式損耗變化的光纖放大器增益競爭理論模型
        2.3.2 熱致模式損耗變化對彎曲光纖放大器輸出特性影響的數(shù)值模擬..
        2.3.3 螺旋盤繞型光纖放大器輸出特性理論研究
    2.4 本章小結
第三章 彎曲光纖放大器的TMI理論和實驗研究
    3.1 彎曲光纖放大器中的TMI理論模型
        3.1.1 彎曲光纖放大器中的波動方程理論模型
        3.1.2 基于局部模式的光纖放大器耦合模方程理論模型
    3.2 彎曲光纖放大器中TMI數(shù)值模擬
        3.2.1 前向泵浦光纖放大器中TMI的數(shù)值模擬
        3.2.2 后向泵浦光纖放大器中TMI的數(shù)值模擬
    3.3 彎曲光纖放大器的TMI實驗研究
        3.3.1 熱致纖芯激光泄露現(xiàn)象的實驗研究
        3.3.2 基于后向泵浦結構抑制熱致纖芯激光泄露現(xiàn)象的實驗研究
    3.4 本章小結
第四章 彎曲光纖放大器中SRS引起TMI的理論研究
    4.1 彎曲光纖放大器中SRS引起TMI的理論模型
        4.1.1 考慮SRS效應的彎曲光纖放大器波動方程
        4.1.2 考慮SRS效應的彎曲光纖放大器耦合模方程
    4.2 前向泵浦彎曲光纖放大器中SRS引起TMI的數(shù)值模擬
        4.2.1 前向泵浦光纖放大器中SRS引起的TMI數(shù)值模擬
        4.2.2 SRS引起TMI的物理過程分析
    4.3 彎曲光纖放大器中影響SRS引起TMI的因素
        4.3.1 增益光纖長度對彎曲光纖放大器中SRS引起TMI的影響
        4.3.2 種子光功率對放大器中TMI的影響
        4.3.3 泵浦方式對放大器中TMI的影響
    4.4 本章小結
第五章 多波長泵浦彎曲光纖放大器中TMI的理論和實驗研究
    5.1 多波長泵浦情況下的TMI理論模型
        5.1.1 摻鐿光纖中的速率方程理論模型
        5.1.2 多波長泵浦情況下的小信號增益和飽和光強
    5.2 多波長前向泵浦彎曲光纖放大器中TMI的數(shù)值模擬和實驗研究
        5.2.1 多波長前向泵浦彎曲光纖放大器中的TMI數(shù)值模擬
        5.2.2 多波長前向泵浦彎曲光纖放大器中的TMI實驗研究
    5.3 多波長后向泵浦光纖放大器中TMI的理論研究
        5.3.1 915 nm后向泵浦光纖放大器中的TMI數(shù)值模擬
        5.3.2 976 nm后向泵浦光纖放大器中的TMI數(shù)值模擬
        5.3.3 基于915nm和 976nm的波譜合束多波長LD后向泵浦放大器中 TMI的數(shù)值模擬
    5.4 本章小結
第六章 結論與展望
    6.1 論文的主要工作
    6.2 論文的主要創(chuàng)新點
    6.3 論文的不足及后續(xù)工作展望
致謝
參考文獻
作者在學期間取得的學術成果


【參考文獻】：
期刊論文
[1]國產(chǎn)光纖實現(xiàn)同帶抽運3000W激光輸出[J]. 王澤暉,肖起榕,王雪嬌,衣永青,龐璐,潘蓉,黃昱升,田佳丁,李丹,閆平,鞏馬理.  物理學報. 2018(02)
[2]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)
[3]全光纖結構2kW準單模光纖激光器[J]. 劉澤金,冷進勇,郭少鋒,王文亮,黃良金,曹澗秋,司磊,許曉軍,陳金寶.  中國激光. 2013(09)
[4]1.6kW全光纖摻鐿激光器[J]. 閆平,肖起榕,付晨,王亞平,鞏馬理.  中國激光. 2012(04)
[5]高功率光纖激光器抽運耦合技術的現(xiàn)狀和發(fā)展[J]. 李杰,陳子倫,周航,郭少鋒,許曉軍.  激光與光電子學進展. 2012(02)
[6]光纖激光器的發(fā)展與應用[J]. 侯藍田,韓穎.  燕山大學學報. 2011(02)
[7]大模場光纖研究的新進展[J]. 廖素英,鞏馬理.  紅外與激光工程. 2011(03)
[8]1000W全光纖激光器[J]. 段開椋,趙保銀,趙衛(wèi),王屹山,周良.  中國激光. 2009(12)
[9]摻雜分布對多模光纖放大器輸出特性的影響[J]. 陳爽,馮瑩,王玲.  光電工程. 2009(04)
[10]高功率光纖激光器和放大器的非線性效應管理新進展[J]. 廖素英,鞏馬理.  激光與光電子學進展. 2007(06)

博士論文
[1]大功率光纖激光器受激拉曼散射研究[D]. 王文亮.國防科學技術大學 2014



本文編號：3536241