掺镱双包层高功率光纤激光器的温度特性研究

摘要

本文概述了光纤激光器的发展历史、研究现状及发展方向，结合Yb3+离子的吸收及发射特性，建立了高功率掺Yb3+双包层光纤激光器(DCFL)的稳态速率方程模型，并数值模拟了泵浦吸收系数、泵浦方式、腔镜反射率和信号光损耗对DCFL输出特性的影响。分析结果表明：增加后腔镜泵浦反射率可以提高斜率效率；泵浦吸收系数对输出功率和光纤最佳长度有显著影响；而泵浦方式决定了腔内的功率密度和增益分布，采用多点泵浦可以使泵浦光在光纤中的分布更加平坦、均匀放大信号光，适用于超高功率光纤激光器件。 针对高功率激光器中泵浦光沉积所导致的热效应问题，由热传导方程分别得到DCFL内部温度的数值和解析解，并模拟分析了泵浦吸收系数、泵浦方式、光纤损耗系数、对流换热系数及内包层半径对激光器热效应的影响。结果表明：腔内温度沿径向变化很小，而沿轴向变化很大，在实际中可只考虑纤芯中心温度沿光纤轴向的分布；降低泵浦吸收系数可以明显改善DCFL的温度效应，但会引起输出功率的大幅度下降；两端泵浦时，随着后向泵浦功率的增加，腔内最高温度会出现最小值；增加内包层半径以及采取不同程度的制冷措施(风冷和水冷)可以降低DCFL的工作温度。 在分析研究高功率激光系统必须考虑的两个重要因素：输出特性和温度效应的基础上，通过优化增益光纤的分段数目、段长及各段上的泵浦功率，提出综合采用不均匀泵浦吸收系数和分段泵浦的方法，实现了输出功率与工作温度的最佳匹配，为高功率掺Yb3+DCFL的优化设计提供了理论参考。

目录

文摘

英文文摘

第1章绪论

第2章高功率DCFL的基本原理

第3章高功率DCFL输出特性的数值模拟

第4章高功率DCFL温度特性分析

第5章高功率DCFL的优化设计方案

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文