LD抽运Tm，Ho光纤激光器输出特性的理论研究

摘要

掺Tm3+，Ho3+光纤激光器在医学、超快光学、遥感和远距离探测系统方面具有非常良好的应用前景，己成为人眼安全波段光纤激光器的研究热点。目前对掺Tm3+，Ho3+光纤激光器的研究大多采用实验研究的方法，难以深入分析其结构与工作参数对激光器性能的影响。因此，建立数学模型并仿真计算Tm3+，Ho3+光纤激光器性能及各种参数的影响对获得高性能掺Tm3+，Ho3+光纤激光器意义重大。
　　 到目前为止，对于792nm波段激光抽运Tm3+，Ho3+光纤激光器还没有详细的理论参数分析。所以，本文用速率方程分析了掺Tm3+光纤激光器和Tm3+，Ho3+共掺光纤激光器的性能并建立了数学模型，在MATLAB仿真环境下进行了大量模拟计算，为以后的实验研究提供理论指导。本文主要工作如下：
　　 建立了单掺Tm3+光纤激光器和Tm3+，Ho3+共掺光纤激光器的速率方程理论模型，首先详细讨论了在单掺Tm3+光纤激光器和Tm3+，Ho3+共掺光纤激光器稳态工作时，抽运功率、掺杂浓度、光纤长度、腔镜反射率以及光纤损耗等参数对光纤激光器输出特性的影响；讨论了上转换效应对各能级粒子数分布、输出光功率的影响；优化设计了在其它参数一定的情况下，单掺Tm3+光纤和Tm3+，Ho3+共掺光纤长度的最佳值；然后基于单掺Tm3+和Tm3+，Ho3+共掺动态模型分析了在光纤激光器达到稳态之前，光纤不同点处各能级粒子数、抽运光功率和信号光功率随时间变化的弛豫振荡过程，进一步了解了系统在达到稳态工作前，内部能量转移和粒子数随时间变化规律。
　　 理论上分析了LD抽运方式对Tm3+，Ho3+共掺光纤激光器性能的影响。在前端抽运、后端抽运和双端抽运三种抽运方式下讨论了抽运光和信号光在光纤中的功率分布情况，另外做了不同抽运方式下增益分布均匀性的比较。通过比较发现，前端抽运和后端抽运时光纤中的光功率分布和增益分布都很不均匀，但后端抽运容易获得较高的信号光输出，增益分布较前端均匀一些；而双端抽运时光纤内信号光功率密度和增益分布具有最佳的均匀性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1光纤激光器的起源与发展背景

1.2掺Tm3+，Ho3+光纤激光器的实验研究进展

1.2.1单掺Tm3+光纤激光器的实验研究进展

1.2.2单掺Ho3+光纤激光器的实验研究进展

1.2.3 Tm3+，Ho3+共掺光纤激光器的实验研究进展

1.3 Tm3+，Ho3+光纤激光器的理论研究进展

1.4本论文的主要内容

第2章光纤激光器的基本理论

2.1光纤激光器的基本组成结构

2.1.1抽运源

2.1.2光纤结构

2.1.3谐振腔结构

2.2光纤激光器的工作物质

2.2.1基质材料

2.2.2激活离子

2.2.3敏化离子

2.2.4 Tm3+,Ho3+能量传递

2.3本章小结

第3章单掺Tm3+光纤激光器理论模型及输出特性理论分析

3.1单掺Tm3+光纤激光器理论模型

3.2稳态条件下输出特性分析

3.3动态条件下输出特性分析

3.4本章小结

第4章Tm3+，Ho3+共掺光纤激光器理论模型及输出特性理论分析

4.1 Tm3+,Ho3+共掺光纤激光器理论模型

4.2 Tm3+，Ho3+共掺光纤激光器稳态特性分析

4.2.1粒子数沿光纤分布

4.2.2抽运光对输出特性的影响

4.2.3后腔镜反射率对输出特性的影响

4.2.4掺杂浓度对输出特性的影响

4.2.5光纤损耗对输出特性的影响

4.2.6上转换对输出特性的影响

4.2.7斜率效率

4.3 Tm3+，Ho3+共掺光纤激光器动态特性分析

4.3.1光纤初始端动态特性

4.3.2光纤中点处动态特性

4.3.3光纤输出端动态特性

4.4本章小结

第5章不同抽运方式对Tm3+，Ho3+光纤激光器输出特性的影响

5.1前端抽运

5.2后端抽运

5.3双端抽运

5.4本章小结

结论

参考文献

致 谢