發(fā)布時間：2017-12-19 22:05

  本文關(guān)鍵詞：大模場雙包層光纖側(cè)面泵浦耦合關(guān)鍵技術(shù)研究　出處：《北京工業(yè)大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：高功率光纖激光器在光纖通信、工業(yè)加工、軍事等領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用,目前已經(jīng)進入到了一個蓬勃發(fā)展的時期。在高功率光纖激光器中,泵浦光耦合進大模場雙包層光纖的泵浦方式主要有兩種:端面泵浦和側(cè)面泵浦。對于端面泵浦方式,泵浦光容易對雙包層光纖的端面熔點造成損傷,另外當高功率光纖激光器用于工業(yè)加工時,加工區(qū)域存在的反射光在經(jīng)過端面熔點時會對泵浦源造成損傷。對于側(cè)面泵浦方式,耦合點不受限制、耦合點通過功率較小,有效解決了端面泵浦的問題,較易實現(xiàn)高功率輸出。但側(cè)面泵浦相對于端面泵浦工藝難度大,其性能還有待提高,如信號光插入損耗為0.5dB,泵浦光傳輸效率為90%,無法滿足高功率光纖激光器級聯(lián)泵浦的需求。本文根據(jù)高功率光纖激光器對泵浦耦合器技術(shù)參數(shù)的要求,研制了一種耦合效率高、信號光插入損耗低、泵浦光傳輸損耗小的大模場雙包層光纖側(cè)面泵浦耦合器。首先模擬了泵浦耦合器的雙波導非對稱耦合理論,根據(jù)該理論搭建了多功能光纖拉錐熔合系統(tǒng),制定了泵浦耦合器側(cè)面熔合工藝,測試了泵浦耦合器的技術(shù)參數(shù),設(shè)計了泵浦耦合器的封裝結(jié)構(gòu),最后研制成了一種可用于高功率光纖激光器的大模場雙包層光纖側(cè)面泵浦耦合器,并利用所研制的泵浦耦合器搭建了雙向泵浦結(jié)構(gòu)和MOPA結(jié)構(gòu)的基模高功率光纖激光器。本文所取得的研究成果如下:1.在雙波導定向耦合器不完全耦合理論的基礎(chǔ)上,針對大模場雙包層光纖側(cè)面泵浦耦合器非對稱的特點,將其耦合系數(shù)和光功率方程組做了進一步推導,并進行了數(shù)值仿真,研究結(jié)果表明兩光纖中的光功率按照一定周期變化,當泵浦光纖的錐角在1°到1.5°之間時,可以獲得97%以上的最佳耦合效率,且與其對應(yīng)耦合長度的局部變化對耦合效率的影響較小。2.搭建了多功能光纖拉錐熔合系統(tǒng)并制定了泵浦耦合器側(cè)面熔合工藝。一般側(cè)面泵浦耦合器制作工藝是在熔接過程中將泵浦光纖扭轉(zhuǎn)使其與主光纖貼覆,這會使泵浦光纖對主光纖產(chǎn)生軸向拉力和徑向壓力,從而使主光纖在與泵浦光纖熔合過程中發(fā)生形變導致信號光插入損耗較大。本文中所述的泵浦耦合器側(cè)面熔合工藝,泵浦光纖對主光纖的作用力較小,所研制的泵浦耦合器信號光插入損耗小于0.04dB。3.設(shè)計了泵浦耦合器封裝結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)包括涂覆層、高折率光學膠、石英襯底,并用Tracepro對封裝結(jié)構(gòu)進行了模擬仿真,從光學膠厚度、長度、折射率三個方面分別模擬了其對泄露泵浦光剝除效果的影響。4.測試了泵浦耦合器的技術(shù)參數(shù),具體包括耦合功率、耦合效率、信號光插入損耗、附加損耗、主光纖分光比、方向性、穩(wěn)定性等。分析了影響泵浦耦合器技術(shù)參數(shù)的工藝參數(shù),包括熔合時間、火炬位置、火炬高度、氣體流量、氣體濕度、拉伸速度、拉伸長度、夾具同軸度、環(huán)境濕度等。測試了泵浦耦合器的穩(wěn)定性,包括參數(shù)測試、振動測試、環(huán)境測試等。5.利用所研制的泵浦耦合器搭建了基模高功率光纖激光器,采用雙向泵浦方式搭建了906W基模高功率光纖激光器,測試了該光纖激光器的工作穩(wěn)定性,通過實驗證明了所研制的泵浦耦合器具有防反射功能,可有效保護泵浦源免受損傷。同時還采用MOPA結(jié)構(gòu)搭建了890W基模高功率光纖激光器。
【學位授予單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN248;TN622

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本文編號：1309588