基于碲酸盐光纤的级联受激拉曼激光器理论研究

摘要

拉曼光纤激光器是一种基于受激拉曼散射效应的光纤激光器，其结构紧凑，转化效率高，稳定性好，光束质量高，输出功率高，易于散热，能将光波向中红外波段拓展，因此在生物医疗、国防安全、大气检测等方面有着广泛的应用前景。由于碲酸盐光纤具有大拉曼频移、高拉曼增益系数、宽中红外传输窗口和低声子能量等特点，是中红外波段拉曼光纤激光器的理想增益介质。
　　本文理论分析并数值模拟了基于碲酸盐光纤的不同阶拉曼光纤激光器的输出特性，为碲酸盐光纤拉曼激光器的实验研究提供理论指导和依据。分析了光纤长度、输出耦合器反射率、光纤损耗系数和泵浦功率对一阶和三阶拉曼光纤激光器输出斯托克斯光参数的影响。主要研究内容如下:
　　一、介绍了受激拉曼散射的基本原理。给出了连续或准连续泵浦情况下，光纤中泵浦光和各阶斯托克斯光的传输方程，给出了拉曼阈值的定义。
　　二、建立了基于碲酸盐光纤不同阶拉曼光纤激光器的线形腔物理模型。分析了腔内泵浦光和各阶斯托克斯光的相互作用，根据各阶级联拉曼光纤激光器的耦合方程，将多维并行打靶法和四阶龙格库塔算法相结合来进行求解。
　　三、模拟了基于碲酸盐光纤一阶拉曼光纤激光器的特性。数值模拟了腔内泵浦光和一阶斯托克斯光沿光纤传播方向的演变过程，分析了光纤长度、输出耦合器反射率、光纤损耗系数和泵浦功率对输出一阶斯托克斯光参数的影响，并对激光器系统进行优化，给出优化参数。
　　四、模拟了基于碲酸盐光纤三阶拉曼光纤激光器的特性。数值模拟了腔内泵浦光和各阶斯托克斯光沿光纤传播方向的演变过程，分析了光纤长度、输出耦合器的反射率、光纤损耗系数和泵浦功率对输出三阶斯托克斯光参数的影响，并对激光器系统进行优化，给出优化参数。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 光纤中的非线性效应

1．2 受激拉曼散射效应发展历史及现状

1．3 软玻璃光纤

1．3．1 氟化物光纤

1．3．2 碲酸盐光纤

1．3．3 硫系光纤

1．4 软玻璃光纤中的非线性及受激拉曼散射效应

1．5 本论文的主要内容

第二章 受激拉曼散射效应基本原理

2．1 自发拉曼散射

2．2 受激拉曼散射

2．3．1 拉曼频移

2．3．2 连续波或准连续波传输方程

2．3．3拉曼阈值

2．4 小结

第三章 拉曼光纤激光器的物理模型及数值方法

3．1 n阶级联拉曼光纤激光器的物理模型

3．2 n阶级联拉曼光纤激光器的藕合方程及求J晖方案

3．3 n阶级联拉曼光纤激光器微分方程的数值方法

3．3．1 四阶经典龙格库塔算法

3．3．2 多维并行打靶算法

3．4 小结

第四章 基于碲酸盐光纤一阶拉曼激光器的模拟和优化

4．1 基于碲酸盐光纤一阶拉曼激光器的模型

4．2 基于碲酸盐光纤一阶拉曼激光器的模拟和优化

4．2．1 泵浦光和一阶斯托克斯光沿光纤传播方向的演化

4．2．2 光纤长度的影响

4．2．3 输出耦合器反射率的影响

4．2．4 光纤损耗系数的影响

4．2．5 泵浦功率的影响

4．3 小结

第五章 基于碲酸盐光纤三阶级联拉曼激光器的模拟和优化

5．1 基于碲酸盐光纤三阶级联拉曼激光器的模型

5．2 基于碲酸盐光纤三阶级联拉曼激光器的模拟和优化

5．2．1 泵浦光和各阶斯托克斯光沿光纤传播方向的演化

5．2．2 光纤长度的影响

5．2．3 输出耦合器反射率的影响

5．2．4 光纤损耗系数的影响

5．2．5 泵浦功率的影响

5．3 一阶和三阶拉曼光纤激光器输出特性的比较

5．4 小结

第六章 总结与展望

6．1 论文的研究成果

6．2 论文的主要创新点

6．3 进一步研究的展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况