LD泵浦准四能级掺Nd双包层光纤激光器的理论和实验研究

摘要

蓝光激光在高密度数据存储、海底通信、大屏幕显示、光学检测、激光医疗、生命科学等领域有着广泛的应用价值。除了现有的获得蓝光激光器的方法以外，本文拟从掺Nd3+双包层光纤激光器倍频的角度来获得蓝光光纤激光器，以弥补现有方法的不足，同时为蓝光激光的获得开辟了新的途径。 掺Nd3+双包层光纤中Nd3+在4F3/2→4I9/2能级之间，有着较强的辐射跃迁，能够满足我们倍频而获得蓝光基频光的需要。本文从理论和实验上分析了掺Nd3+双包层光纤在准四能级的跃迁辐射特性研究，为获得倍频蓝光光纤激光器打下了坚实的基础。本文主要包括以下研究内容： 1．概述了双包层光纤激光器的发展历史、腔型结构、包层泵浦的方式及其各自的特点；分析了不同内包层形状、光纤弯曲对泵浦光吸收的效率的影响。 2．从理论上分析了掺Nd3+双包层光纤准四能级辐射跃迁特性。并根据静态的速率方程，推导出了线性双包层光纤激光器的输出功率、激光阈值、斜率效率的解析表达式；并用Origin软件模拟分析了双包层光纤激光器输出功率、斜率效率、泵浦阈值与光纤长度、腔镜的反射率、掺杂浓度等参数的关系曲线。为后续的实验的进行提供了重要的理论指导和参考依据。 3．阐述了稀土掺杂离子及基质的选择依据，对双包层光纤中Nd3+在4F3/2→4I9/2能级之间辐射跃迁做了重点的分析。总结了Nd3+在4F3/2→4I9/2能级跃迁的光纤激光器在国际上的研究进展以及通常所采用的方法；分析了促进4F3/2→4I9/2能级之间的跃迁、抑制四能级跃迁的方法，并确定了实验方案。 4．对准四能级掺Nd3+双包层光纤激光器进行了实验研究。研究分析了三种不同的泵浦耦合系统，本实验采用耦合效果最佳的非球面泵浦耦合系统，耦合效率为18.7％。采用端面泵浦的方式，在光纤长度为14m，泵浦电流26A时，获得了120mW单模907nm激光的输出。并研究了907nm激光输出波长随着泵浦功率变化，不同LD泵浦源工作温度下激光输出功率随着泵浦电流的变化情况。 5．全文总结与展望

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1光纤激光器的出现的历史背景

1.2光纤激光的特点及分类

1.2.1光纤激光器的主要特点

1.2.2光纤激光器的分类

1.3国内外双包层光纤激光器的发展现状

1.3.1国外双包层光纤光纤激光器的发展现状和动态

1.3.2国内光纤激光器的发展现状和动态

1.4光纤激光的应用

1.5双包层光纤激光器的发展趋势分析

1.6本文研究背景和主要研究内容

1.6.1本文研究背景

1.6.2本文主要研究内容

第二章双包层光纤的结构及其对泵浦光的吸收特性分析

2.1双包层光纤的基本结构和工作原理

2.1.1双包层光纤的基本结构

2.1.2双包层光纤激光器的工作原理

2.2双包层光纤激光器的腔型结构

2.2.1线性腔双包层光纤激光器

2.2.2环形腔光纤激光器

2.3常用的包层泵浦技术及其特点

2.3.1端面泵浦

2.3.2侧面泵浦耦合技术

2.4双包层光纤内包层的形状对泵浦光吸收效率的影响分析

2.4.1光纤内包层形状与泵浦吸收效率分析方法

2.4.2.圆形内包层对泵浦吸收效率分析

2.4.3圆形偏心内包层对泵浦吸收效率分析

2.4.4矩形内包层的泵浦吸收效率

2.4.5 D形内包层光纤吸收效率分析

2.4.6小结

2.5光纤弯曲对激光输出的影响

2.5.1光纤弯曲与损耗

2.5.2光纤弯曲与泵浦吸收效率

2.6本章小结

第三章掺Nd3+双包层光纤激光器的相关理论研究

3.1稀土掺杂双包层光纤掺杂离子的选择

3.1.1稀土掺杂离子

3.1.2掺杂基质的选择

3.1.3实验相关

3.2玻璃基质Nd3+吸收谱线和能级结构

3.2.1玻璃基质Nd3+的吸收谱线

3.2.2玻璃基质Nd3+能级结构

3.3掺Nd3+双包层光纤的准四能级跃迁理论分析

3.4激光器的各项参数对输出特性的影响

3.4.1激光腔镜的反射率R1，R2对激光器斜率效率的影响

3.4.2激光腔镜的反射率R1，R2对激光器输出功率的影响

3.4.3光纤长度对光纤激光器的输出功率的影响

3.4.4激光腔内泵浦激光沿着光纤长度方向上的变化

3.4.5掺Nd3+光纤激光器产生的信号光沿光纤的分布

3.4.6激光阈值与光纤长度关系

3.5本章小结

第四章掺Nd3+双包层光纤4F3/F3/2→4I9/2能级跃迁

4.1引言

4.2掺Nd3+双包层光纤激光器4F3/F3/2→4I9/2能级跃迁的研究进展

4.3增强掺Nds+双包层光纤4F3/F3/2→4I9/2能级跃迁的方法

4.3.1液氮冷却光纤

4.3.2 Nd3+和其他稀土离子共掺

4.3.3采用w型光纤来抑制掺Nd3+4F3/2→4I11/2四能级的辐射跃迁

4.3.4其他方法

4.3.5基于本实验的考虑

第五章准四能级掺Nd3+双包层光纤激光器的实验研究

5.1光纤端面的处理

5.2泵浦源及掺Nd3+双包层光纤特性参数

5.2.1泵浦源特性参数

5.2.2掺Nd3+双包层光纤特性参数

5.3泵浦耦合系统设计

5.3.1显微物镜耦合系统

5.3.2非球面透镜与显微物镜混合耦合系统

5.3.3非球面透镜耦合系统

5.3.4耦合系统小结

5.4实验方案

5.5本章小结

第六章总结与展望

6.1全文总结

6.2实验中所存在的问题分析及展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的科研成果

致谢