Tm掺杂光纤激光器的连续及锁模输出特性研究

摘要

Tm光纤激光器具有环境稳定性好、整体结构紧凑、散热性能好、成本低和转换效率高等优点。Tm光纤激光器输出激光的2μm波段不仅是人眼安全波长，并且在这个波段中，还包含了多个大气窗口，被广泛应用在众多领域，如在自由空间通信、大气遥感、材料加工以及外科手术等方面。因此，Tm掺杂光纤激光器的研究具有重要的意义。本文主要从连续光以及锁模两方面对Tm掺杂光纤激光器进行了研究。
　　首先，开展连续波Tm光纤激光器的研究。从速率方程与泵浦光和激光在光纤中的传输方程出发，对连续Tm光纤激光器进行了理论研究，分析了泵浦功率、掺铥光纤长度及掺铥浓度对激光器输出特性的影响。在实验中，分别实现了Tm掺杂光纤激光器线型腔单端泵浦单端输出、线型腔双端泵浦双端输出和环形腔双端泵浦双端输出，分析了各自的输出光谱和输出特性。
　　其次，开展锁模 Tm光纤激光器的研究。理论上基于非线性偏振旋转锁模的Jones矩阵，推导出了偏振控制锁模器件对输出激光透过率的解析表达式。当激光器腔长分别为80m和180m时，通过调节三环形偏振控制器，实现了重复频率分别为2.552MHz和1.087MHz的调Q锁模和连续锁模，锁模脉冲的最窄宽度约为1ns。在实现连续锁模的基础上，通过调节三环形偏振控制器各个环的角度和增加泵浦功率，实现了高阶谐波锁模，实验中的高阶谐波锁模最高可达到8阶；并且还实现了激光输出波长在2034nm与2044nm间的波长切换。
　　最后，对实验中不足加以讨论和总结，给出了相应的解决方案。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 Tm掺杂光纤激光器的研究背景及意义

1.3 连续光的Tm掺杂光纤激光器研究进展

1.4 锁模的Tm掺杂光纤激光器研究进展

1.5 本论文研究内容

第二章 Tm掺杂连续及锁模光纤激光器的基本理论

2.1 引言

2.2 Tm3+离子特性

2.3 Tm掺杂光纤激光的关键技术

2.4 Tm掺杂光纤激光器连续光的理论模型

2.5 锁模原理

2.6 Tm掺杂光纤激光器的被动锁模理论

2.7 本章小结

第三章 Tm掺杂光纤激光器的连续光输出特性研究

3.1 引言

3.2 Tm掺杂光纤激光器的连续光数值模拟

3.3 Tm掺杂光纤激光器的连续光实验研究

3.4 实验总结

3.5 本章小结

第四章 Tm掺杂光纤激光器的锁模输出特性研究

4.1 引言

4.2 Tm掺杂光纤激光器锁模实验装置

4.3 Tm掺杂光纤激光器的调Q锁模实验研究

4.4 Tm掺杂光纤激光器的连续锁模实验研究

4.5 Tm掺杂光纤激光器的谐波锁模实验研究

4.6 Tm掺杂光纤激光器的波长切换实验研究

4.7 实验总结及改进

4.8 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢