双程及多程脉冲光纤放大系统的建模及仿真研究

摘要

近年来，高功率脉冲激光在工业加工、光纤传感、科研军事等领域应用广泛，是光电子领域较前沿的方向之一，并日益成为国内外研究的热点。由于单程级联光纤脉冲放大系统存在大量的自发辐射噪声等问题，因而双程及多程脉冲放大器引起了广泛的关注。　　本文针对目前双程及多程脉冲放大器理论研究的不足，从脉冲放大的基本原理出发，基于粒子动态速率方程和功率传输方程,建立双程及多程脉冲放大理论模型，并采用四阶龙格-库塔法和有限差分法求解双程及多程脉冲放大理论模型的动态输出特性，然后通过计算机对该理论模型进行仿真研究，最后将得到的仿真结果进一步优化该放大系统。主要研究成果如下：　　1.基于经典光纤放大器模型的基础理论，从动态粒子速率方程组和功率传输方程组入手，考虑前向泵浦方式，并结合脉冲放大器的边界条件，建立了双程及多程脉冲放大理论模型。　　2.运用四阶龙格-库塔法和有限差分法，研究双程及多程脉冲放大器的动态输出特性，得到了双程及多程脉冲放大器的输出增益、输出功率、输出能量的表达式。同时也得到了双程及多程脉冲放大器的最佳光纤长度、泵浦功率阈值等重要参数。　　3.基于所建立的双程及多程脉冲放大器理论模型，通过计算机软件对该理论模型进行仿真，得到掺杂浓度与增益之间的关系，光纤长度与增益之间的关系，泵浦功率与增益之间的关系，输入信号光功率与增益之间的关系，输入信号光重复频率与增益之间的关系。　　全文最后将多程脉冲放大与双程脉冲放大进行对比，证实了多程脉冲放大在低重复频率脉冲放大领域具有优越性。研究所得到的参数将为实际构建双程及多程脉冲放大系统提供理论依据，因此本课题研究在光通信、光纤传感和工业加工等应用领域具有深远意义。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1 脉冲光纤放大器研究背景

1.2脉冲光纤放大器研究现状

1.3双程及多程脉冲光纤放大器研究意义

1.4本文主要内容

第二章 脉冲掺镱光纤放大器基本理论

2.1脉冲掺镱光纤放大器的能级原理

2.2. 脉冲掺镱光纤放大器的速率方程和传输方程

2.3脉冲掺镱光纤脉冲放大器的基本特性

2.4脉冲掺镱光纤放大器的算法基础理论

2.5本章小结

第三章 双程脉冲掺镱光纤放大器的建模及仿真

3.1脉冲掺镱光纤放大器时域特性

3.2双程脉冲掺镱光纤放大器的建模

3.3 双程脉冲掺镱光纤放大器模型理论分析计算

3.4双程脉冲掺镱光纤放大器的模拟仿真

3.5双程放大与单程放大的输出特性比较

3.6本章小结

第四章 多程脉冲掺镱光纤放大器的建模及仿真

4.1多程脉冲掺镱光纤放大器的建模

4.2多程脉冲掺镱光纤放大器的理论分析计算

4.3 多程脉冲掺镱光纤放大器仿真

4.4多程脉冲放大器输出特性与放大程数

4.5 多程放大与双程放大的输出特性比较

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

攻读学位论文期间主要研究成果

致谢