可调谐掺Yb双包层光纤激光器

摘要

波长可调谐掺Yb3+双包层光纤激光器具有广阔的应用前景。本文报告对可调谐掺Yb3+双包层光纤激光器开展的理论和实验研究工作。 在综述稀土掺杂光纤激光器与可调谐光纤激光器的的研究背景的基础上，介绍可调谐掺Yb3+双包层光纤激光器的有关结构和工作原理，包括：掺Yb3+双包层光纤的结构和特性、双包层光纤激光器的泵浦耦合方式和谐振腔结构。然后讨论实现激光波长调谐所用的常见方法，并对闪耀光栅的衍射效应进行分析，比较闪耀光栅在Littrow及Littman两种方式下的工作原理。 从镱离子的能级结构和光谱特性出发，对单波长运转时的掺Yb3+双包层光纤激光器进行数值模拟，详细讨论了谐振腔腔镜反射率、散射损耗、光纤长度等参数对其输出特性的影响，分析了使掺Yb3+双包层光纤激光器系统输出功率最大时的光纤长度。为优化激光器结构及开展相应实验工作提供了理论依据。 进行了可调谐掺Yb3+双包层光纤激光器的实验研究，并成功研制了激光器样机。利用975 nm大功率半导体激光器进行单端后向泵浦，采用优化长度的掺Yb3+双包层光纤作为增益介质，用闪耀光栅构成后向输出Littrow腔，进行了可调谐实验。详细说明了实验中光纤端面的处理方法和光路校准方法等关键技术。对所搭建的实验系统进行了各项性能测试，得到宽波长调谐范围(1045～1125 nm)、高光束质量( M2x=1.23，M2y=1.20)、高输出功率(波长1089 nm处最高输出30 W)、性能稳定的可调谐掺Yb3+双包层光纤激光器。器件性能综合指标符合预期目标，达到国内领先水平。 本文所报告的可调谐高输出功率掺Yb3+双包层激光器的研究工作提高了我国在该器件研究方面的水平，为进一步开展该器件的研究及其开发应用创造了良好的条件。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1稀土掺杂光纤激光器简介

1.2课题研究背景

1.2.1掺Yb3+双包层光纤激光器及其可调谐的研究进展

1.2.2可调谐光纤激光器的应用前景

1.2.3课题研究目标及其意义

1.3本论文的主要内容

第二章 可调谐掺Yb3+双包层光纤激光器的结构与原理

2.1掺Yb3+双包层光纤激光器

2.1.1掺Yb3+双包层光纤基本结构和工作原理

2.1.2包层泵浦耦合技术

2.1.3双包层光纤激光器的常见腔型

2.2双包层光纤激光器实现调谐的常见方式

2.3利用外腔衍射光栅实现调谐输出的原理分析

2.3.1闪耀光栅衍射效应分析

2.3.2外腔衍射光栅工作原理——Littrow与Littman方式

第三章 可调谐掺Yb3+双包层光纤激光器的理论研究

3.1掺Yb3+双包层光纤中镱离子的特性

3.1.1镱离子的能级结构和特点

3.1.2镱离子的吸收截面和发射截面

3.2可调谐掺Yb3+双包层光纤激光器的数值分析

3.3可调谐掺Yb3+双包层光纤激光器的结构参数的优化

3.3.1腔镜反射率的优化

3.3.2散射损耗系数的优化

3.3.3掺Yb3+双包层光纤长度的优化

3.4小结

第四章 可调谐掺Yb3+双包层光纤激光器的实验研究

4.1实验方案的设计

4.1.1设计综述

4.1.2泵浦源

4.1.3泵浦耦合方式

4.1.4谐振腔

4.1.5其它器件的选择

4.2可调谐掺Yb3+双包层光纤激光器关键技术

4.2.1掺Yb3+双包层光纤的端面处理

4.2.2可调谐掺Yb3+双包层光纤激光器的光路校准

4.3可调谐掺Yb3+双包层光纤激光器的性能测试

4.3.1后向泵浦掺Yb3+双包层光纤激光器测试

4.3.2波长调谐范围测试

4.3.3不同波长处泵浦阈值功率测试

4.3.4不同波长输出功率测试及比较

4.3.5光束质量因子M2测试

4.3.6实验系统稳定性测试

4.4可调谐掺Yb3+双包层光纤激光器样机研制

4.5小结

第五章 总结与展望

5.1本论文的主要研究成果及其意义

5.2展望

参考文献

硕士期间发表的论文

致谢