瓦级全光纤纳秒脉冲光纤放大器研究

摘要

高功率全光纤脉冲放大器以其低阈值、高效率、高光束质量、可靠性好、结构紧凑和散热性能好等诸多优点，在光通信、军事、医疗、激光加工等领域具有广泛的应用潜力，成为近年来的研究热点并备受关注。本论文在国家科技部973计划“基于微结构光纤的光电子功能器件的创新与基础研究”(项目编号：2003CB314906)和固体激光技术国家重点实验室基金“短脉冲双包层光纤相干激光光源的研究”(项目编号：51438020205JW1502)等项目支持下，对瓦级全光纤包层泵浦纳秒脉冲掺镱放大激光系统进行了实验研究。主要研究工作包括：
　　 1、毫瓦级功率水平的纳秒脉冲种子源主振荡器研制。通过对平均功率0.5mW、脉宽20ns以及重复频率50kHz的脉冲信号进行两级单模掺镱光纤放大，最终得到平均功率为26.1mW，信噪比为25dB的脉冲输出，为实现瓦级全光纤纳秒脉冲光纤激光放大系统，提供了性能优良的种子源。
　　 2、利用国产掺镱双包层光纤，将光纤侧面耦合器和主振荡功率放大技术相结合，研究了侧面分布式泵浦、两级全光纤连接的掺镱双包层脉冲光纤放大器，实现了平均输出功率2.12W、脉冲宽度20ns、重复频率50kHz的全光纤双包层脉冲光纤激光放大系统。实验中侧面泵浦耦合器成功的隔离了回波脉冲对泵浦光源的影响，解决了泵浦光源的损坏问题。
　　 3、采用合束器耦合泵浦方式，使用低掺杂浓度的国产D型内包层的掺镱双包层光纤，通过级联两级包层泵浦光纤放大器，实现了平均功率2.75W、峰值功率2.75kW的全光纤纳秒脉冲输出，由于采用了低掺杂浓度的增益光纤，放大过程中激光脉冲形状得到有效保持，解决了脉冲放大中脉冲畸变的问题。
　　 4、在对高功率掺镱双包层光纤纳秒脉冲放大器进行系统实验研究的基础上，对放大过程中产生的次脉冲现象进行了深入研究，发现全光纤结构的高功率脉冲放大器的光纤熔接质量对次脉冲的产生有很大影响，可以通过优化熔接参数和选择适当的多级泵浦方式及泵浦功率得到稳定的高功率脉冲输出。结合双包层掺镱光纤(YDCF)和主振荡功率放大(MOPA)技术，研制成功稳定的瓦级全光纤纳秒脉冲激光放大系统实验样机，该系统实现的主要技术指标为：激射波长为1064 nm，脉冲宽度为20ns，重复频率为50kHz，平均功率为：2.4W。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

第一节 高功率光纤放大器的结构及分类

1.1.1 高功率光纤放大器的结构

1.1.2 高功率光纤放大器的分类

第二节 高功率光纤放大器的特点、性能及评价

1.2.1 高功率光纤激光器、放大器的特点及应用前景

1.2.2 高功率光纤放大器的评价

第三节 包层泵浦掺镱光纤放大器研究进展

第四节 包层泵浦掺镱光纤放大器中的关键技术

1.4.1 光纤研制技术

1.4.2 泵浦耦合技术

第五节 本论文的主要研究内容和创新点

第二章 掺镱双包层光纤放大器的理论基础

第一节 Yb3+离子的能级结构和光谱特性

2.1.1 Yb3+离子的能级结构

2.1.2 Yb3+离子的光谱特性

第二节 脉冲掺镱光纤放大器的特性

2.2.1 脉冲掺镱光纤放大器的传输方程

2.2.2 动态传输方程的解及讨论

第三节 本章小节

第三章 全光纤脉冲光纤激光放大系统的主振荡器研制

第一节 脉冲种子源的实验装置和工作原理

第二节 脉冲种子源的测试结果

第三节 本章小结

第四章 瓦级全光纤纳秒脉冲光纤放大器的实验研究

第一节 级联侧面泵浦的脉冲光纤放大器研究

4.1.1 实验装置

4.1.2 实验结果和讨论

第二节 基于合束器耦合泵浦的脉冲双包层光纤放大器研究

4.2.1 实验装置

4.2.1 实验结果及讨论

第三节 级联合束器耦合泵浦的脉冲光纤放大器研究

4.3.1 实验装置

4.3.2 实验结果和讨论

4.3.3 两种不同的泵浦耦合方式的脉冲级联光纤放大器实验对比

第四节 本章小结

第五章 全光纤高功率脉冲放大器中的次级脉冲研究

第一节 次级脉冲的实验现象

第二节 次级脉冲产生原因分析

第三节 次级脉冲问题的改善

第四节 本章小结

第六章 瓦级全光纤纳秒脉冲光纤激光放大系统的样机研制

总结和展望

参考文献

致 谢

个人简历及攻读硕士学位期间发表的论文与科研成果