脉冲光纤激光器输出脉冲形状的研究与改善

摘要

光纤激光器在光通信、激光工业加工、医疗与医学研究、国防等领域应用十分广泛，这是由于与固体激光器和气体激光器相比，光纤激光器具有光束质量好、散热性能好、稳定性高、免维护等特点。本文主要研究的是声光调Q光纤激光器及其输出形状，从数值模拟中得出了改善脉冲输出形状的方法，实验表明所建立的理论模型是合理的，并验证了所提出的方法是行之有效的。本文对调Q脉冲光纤激光器的产业化和规模化生产具有重要的指导意义。 首先介绍了声光调Q光纤激光器中的关键器件、关键技术及其原理，阐述了调Q技术的基本原理，比较了声光调Q光纤激光器的传统点模型和行波法模型，采用行波法构建了声光调Q光纤激光器的理论模型。通过龙格-库塔方法对声光调Q光纤激光器的稳态方程进行数值求解，得出了掺镱光纤中上能级粒子数分布，泵浦光的分布以及正反信号光的分布情况。采用有限差分法求解声光调制器打开后的瞬态方程，求解出了不同参数下的输出波形。通过分析得出了在不改变脉冲光纤激光器的谐振腔结构下，只改变声光调制器的上升时间可以明显改善脉冲输出形状。 然后实验部分搭建了声光调Q掺镱双包层光纤激光器，研究了不同泵浦功率、不同重复频率、不同声光调制器上升时间下的脉冲输出波形，实验表明通过改变声光调制器的上升时间就可以改变脉冲输出形状，最终得到平滑的脉冲输出。该方法不需要改变谐振腔的参数，简单可行，能在较大频率范围内得到平滑的脉冲输出，并且对激光器的输出基本不造成影响。将该方法应用于MOPA结构的脉冲光纤激光器中，经测试和分析得出该方法能使激光器在加工中取得很好的效果。

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