本文關(guān)鍵詞：高功率摻鐿光纖激光器關(guān)鍵技術(shù)研究

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【摘要】：高功率摻鐿光纖激光器以其在結(jié)構(gòu)、效率和光束質(zhì)量上的重大優(yōu)勢(shì),在激光加工領(lǐng)域大有取代傳統(tǒng)激光器的趨勢(shì),但是摻鐿光纖等關(guān)鍵技術(shù)的不足卻阻礙了高功率摻鐿光纖激光器進(jìn)一步發(fā)展。本論文圍繞高功率摻鐿光纖激光器關(guān)鍵技術(shù),以實(shí)現(xiàn)高性能摻鐿光纖為核心;以突破摻鐿光纖中的光子暗化效應(yīng)和實(shí)現(xiàn)大芯徑光纖的模式控制技術(shù)為關(guān)鍵；以實(shí)現(xiàn)更高功率、更好穩(wěn)定性、更優(yōu)光束質(zhì)量的高功率摻鐿光纖激光器展開工作。本論文首先從摻鐿光纖激光器理論出發(fā),闡述了摻鐿光纖的性能參數(shù)對(duì)光纖激光器的影響,為摻鐿光纖的設(shè)計(jì)提供了依據(jù)；詳細(xì)介紹了利用改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積工藝和溶液摻雜工藝來制備摻鐿光纖預(yù)制棒和利用拉絲工藝來制作摻鐿光纖,并對(duì)其中涉及到的工藝原理進(jìn)行了分析。在此基礎(chǔ)上,對(duì)具有巨大商業(yè)應(yīng)用潛力的10/130、30/250、20/400三種類型的雙包層摻鐿光纖的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行了分析,設(shè)計(jì)了一套實(shí)現(xiàn)高性能摻鐿光纖的技術(shù)路線,并針對(duì)不同類型摻鐿光纖設(shè)計(jì)和制作了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)試設(shè)備,建立測(cè)試數(shù)據(jù)庫(kù),在此基礎(chǔ)上分別實(shí)現(xiàn)了高性能的10/130、30/250、20/400摻鐿光纖。對(duì)影響高功率摻鐿光纖激光器穩(wěn)定性的光子暗化效應(yīng)進(jìn)行研究,將Tm雜質(zhì)作為摻鐿光纖發(fā)生光子暗化效應(yīng)的敏化劑,可以解釋與摻鐿光纖光子暗化效應(yīng)相關(guān)的特定現(xiàn)象,并從實(shí)驗(yàn)上證明了Tm雜質(zhì)對(duì)摻鐿光纖光子暗化效應(yīng)的影響;另外,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)摻鐿光纖在793nm泵浦作用下表現(xiàn)出很強(qiáng)的光漂白效應(yīng),具有抑制摻鐿光纖光子暗化效應(yīng)的潛力,同時(shí)根據(jù)摻鐿光纖在不同波長(zhǎng)泵浦作用下表現(xiàn)出的光漂白效應(yīng)的差異,證明了Tm雜質(zhì)對(duì)摻鐿光纖光漂白效應(yīng)的影響；在此基礎(chǔ)上提出了一種分析摻鐿光子暗化效應(yīng)和光漂白效應(yīng)的新模型。利用模式競(jìng)爭(zhēng)理論對(duì)大芯徑多模光纖激光器進(jìn)行分析,實(shí)現(xiàn)大芯徑多模光纖激光器單模運(yùn)轉(zhuǎn)的兩條思路：抑制高階模增益和增加高階模損耗,分別對(duì)應(yīng)于增益控制技術(shù)和彎曲選模技術(shù)。利用纖芯直徑30μm,數(shù)值孔徑0.07,摻雜面積只有70%的摻鐿光纖搭建的光纖激光器,實(shí)現(xiàn)光束質(zhì)量因子Mx2=1.571,My2=1.583;利用彎曲選模技術(shù)將纖芯直徑30μm,數(shù)值孔徑0.07,摻鐿光纖激光器光束質(zhì)量從2.8優(yōu)化到1.5。實(shí)現(xiàn)了高功率光纖激光技術(shù)：低損耗熔接技術(shù)、包層光濾除技術(shù)、高功率散熱技術(shù),在此基礎(chǔ)上利用20/400摻鐿光纖、高功率光纖光柵、高功率泵浦合束器搭建了全國(guó)產(chǎn)kW級(jí)摻鐿光纖激光器,最高輸出功率為1.01kW,斜率效率為80.94%,其光束質(zhì)量因子Mx2=1.496,My2=1.410,最后利用整機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了百瓦級(jí)摻鐿光纖激光器。
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TN248

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4 本報(bào)記者 胡Z，

本文編號(hào)：1257805