增益导引-折射率交叉导引光纤的理论与实验研究

摘要

增益导引-折射率反导引（GG-IAG）光纤是近几年提出的一种新型的大模场光纤结构，从提出至今一直被受关注。本论文结合GG-IAG光纤的基本原理，提出了一种新型的增益导引-折射率交叉导引（GG-ICG）光纤的理论模型，并通过理论设计与仿真，研究了其功率分布和激光阈值特性；在此基础上，通过建立和求解三维的热传导方程，得到了GG-ICG光纤的温度分布，研究了各参数对其的影响；设计制备出掺钕磷酸盐GG-ICG光纤的玻璃材料，对其折射率分布进行了一系列的研究，具体工作如下：
　　1.构建GG-ICG光纤的理论模型，建立了端面泵浦条件下掺Nd3+GG-ICG光纤激光器的速率方程，利用数值法求解光纤内的功率分布特性，并进行了对比。
　　2.通过解析法求解了光纤激光器的阈值公式，分析了单端泵浦条件下各光纤参数对GG-ICG光纤激光器的阈值的影响，结果表明，在最佳掺杂浓度N=1×1020 cm-3，最佳纤芯半径a=45μm，阈值泵浦功率最低，当后腔镜信号光反射率R2s=0.85，光纤长度L=1 cm时，阈值达到最低值2.95 W。根据以上参数对GG-ICG光纤激光器进行了优化。
　　3.建立了三维坐标下的光纤温度模型，并对掺Nd3+GG-ICG光纤激光器的热传导方程进行了推导，得出解析解，在此基础上对单端和双端泵浦的GG-ICG光纤的情况进行了数值模拟，讨论了包层半径，纤芯和包层折射率差等参数对GG-ICG光纤激光器的热效应的影响，为优化GG-ICG光纤激光器提供了理论参考。
　　4.以磷酸盐玻璃为基础，设计了该掺Nd3+GG-ICG光纤的纤芯和包层的制备方案，讨论了该玻璃的制备工艺，研究了玻璃配方中个别组分对折射率的影响，通过调整配方，最终得到了使纤芯和包层的折射率曲线达到理论模型中的分布规律的纤芯和包层玻璃，测试了其折射率和热转变温度Tg，讨论了拉制GG-ICG光纤的可能性，同时，测试了该激光玻璃的光学性能，得到一系列性能指标，为后续拉制光纤提供了实验依据。

目录

声明

第一章 绪论

1.2 GG-IAG光纤基本理论

1.3国内外研究进展

1.4本论文研究思路及主要工作

第二章 掺Nd3+GG-ICG光纤激光器的理论研究

2.2 GG-ICG光纤激光器的理论模型与速率方程

2.3 GG-ICG光纤激光器的阈值特性分析

2.4本章小结

第三章 掺Nd3+GG-ICG光纤激光器的温度特性研究

3.2 GG-ICG光纤激光器热效应的理论模型

3.3 GG-ICG光纤激光器温度分布的解析解

3.4 GG-ICG光纤激光器温度分布的计算参数

3.5 GG-ICG光纤激光器的温度分析

3.6本章小结

第四章 掺Nd3+磷酸盐GG-ICG光纤材料的设计与制备

4.2掺Nd3+磷酸盐GG-ICG光纤玻璃的制备

4.3折射率曲线的匹配

4.4本章小结

第五章 总结与展望

5.2研究展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

附录2 攻读硕士学位期间参加的科研项目

致谢