980nm波段光纤放大器输出特性研究

摘要

近年来，光纤激光器的输出功率迅速上升，然而，限制光纤激光器功率进一步提升的主要因素之一是半导体激光器泵浦源亮度较低。利用级联泵浦技术可以使泵源亮度得到了大幅的提升。980 nm波段光纤激光器作为高效级联泵浦源而受到广泛关注。而且，980 nm光纤激光器通过倍频在蓝光激光器中拥有重要前景。本文针对980 nm波段光纤放大器激作了较为全面的研究，探索提高信号光输出特性，抑制ASE的方法。
　　本文结合镱离子能及结构和光谱特性，探讨掺镱光纤激光器的基础理论。对描述振荡器和放大器内部光子数与反转粒子数相互作用关系的速率方程模型进行阐述。并通过数值模拟和实验研究的方法，对980 nm波段光纤放大器不同条件下的输出特性进行详细的分析。研究表明：⑴增益光纤长度和掺杂浓度的合理选择，有助于泵浦光的充分吸收并防止980nm信号光的重吸收。在一定范围内，掺杂浓度与增益光纤长度的乘积若为定值，则放大器的输出功率为恒定值。⑵980nm波段附近区域，长波段的激光更具出光优势。输入的种子光中信号光要保证一定功率数值，以确保信号光在增益光纤的传播中可以充分提取增益。如果种子光中存在1030nm附近的ASE，ASE功率的绝对值的增加更容易使放大器系统产生强烈的ASE发射。ASE抑制比一定时，增加种子光总的输入功率反而会使出光效率降低。⑶放大器的输出信号光功率随增益光纤的纤芯包层比的增大而单调增大。相同纤芯包层比下，内包层小的放大器输出功率高。⑷980nm波段光纤放大器系统需要足够的泵浦光以使粒子数反转达到50％以上，泵浦阈值随增益光纤长度近似成指数增长，而斜率快速上升处的点就是最优光纤长度；泵浦阈值随纤芯的变化比较缓慢，而随内包层直径的增加而迅速单调增加。⑸实验中，对于拥有大纤芯包层比的放大器系统，种子光和泵浦光在增益光纤中的横向分布对输出的影响较大，为增加放大器系统的输出性能，需要使种子光与泵浦光充分融合。

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第一章 绪论

1.1 课题背景及意义

1.2 980 nm波段光纤激光器国内外研究进展

1.3 论文研究内容及结构

第二章 980 nm波段光纤激光器的基础理论

2.1 掺Yb3+光纤激光器的基础理论

2.2 光纤激光器模型

2.3 980 nm掺Yb3+光纤激光器的初步理论分析

2.4 本章小结

第三章 980 nm波段光纤放大器基本输出特性的数值研究

3.1 980 nm光纤放大器数输出特性的评价参数

3.2 泵浦光功率对输出特性的影响

3.3 增益光纤长度和掺杂浓度对输出特性的影响

3.4 种子光特性对输出特性的影响

3.5 纤芯包层比对输出特性的影响

3.6 本章小结

第四章 974 nm光纤放大器实验研究

4.1 974nm光纤放大器实验装置

4.2 20/130μm掺镱光纤的974 nm光纤放大器实验研究

4.3 60/130μm高掺杂掺镱光纤的974 nm光纤放大器实验研究

4.4 60/130μm低掺杂增益光纤的974 nm放大器实验研究

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 本文的主要研究内容与结论

5.2 本文的主要创新点

5.3 论文的不足及后续工作展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果