平顶光束输出的全光纤激光器研究

摘要

平顶光束，不同于常规的高斯光束，其光强在横截面上具备均匀分布的特点。正是由于其这一独特的性质，在众多实际应用领域扮演十分重要的角色，比如激光材料加工、激光焊接、光信息存储和生物医学领域等，弥补了高斯光束在这些应用中因为能量分布不均匀引起局部温度过高的缺点。
　　目前，常见的平顶光束产生方法包括两类:第一类是将高斯光束整形为平顶光束，已发展了光阑法、多透镜阵列、二元光学元件、长焦深整形、液晶空间光调制器、双折射透镜组和非球面透镜组等多种技术;第二类利用柱矢量光束等特殊光束聚焦产生平顶光束，其中聚焦后会形成两个非相干的分量，分别具备环形光强分布和实心光强分布。
　　本文基于第二类整形技术的基础上，提出了一种全光纤平顶光束整形技术，利用光纤激光器中的两种精确模式:环形分布的柱矢量光束和高斯分布的基模光束。在光纤激光器，一般利用少模光纤光栅作为选模光器件来产生柱矢量光束。实验中，将两种模式在不同的谐振腔内进行振荡，并以少模光栅作为共用的输出腔镜，实现两个模式的非相干叠加，最终输出平顶光束。论文中同时提出了两个参数对得到的平顶光束进行定量分析。
　　本论文的主要研究内容为:
　　1.提出了一种全新的全光纤平顶光束整形系统。将光纤激光器中实心的基模光束和环形的柱矢量光束进行非相干叠加，实现平顶光束输出。通过分析两种模式非相干叠加的理论基础，让二者在不同的谐振腔内起振，保证具备非恒定的相位差和较大的波长差，并通过同一输出腔镜叠加后输出。
　　2.利用少模光纤光栅作为共用腔镜和选模器件，搭建了可输出平顶光束的全光纤激光器。实验中利用错位熔接点实现柱矢量模式的激发，调节其两端的偏振控制器可以分别得到四种柱矢量模式。实验得到了高质量的平顶光束，其归一化均方根和边缘陡峭度分别为为0.048和0.872。
　　本论文的主要创新点:
　　1.提出并验证了利用光纤激光器得到平顶光束，可实现紧凑灵活的全光纤结构设计。实验得到了高质量的平顶光束，并能够在很远的传播距离上保持均匀分布状态。
　　2.首次提出了两个参数用来定量描述平顶光束的质量，这两个参数可以用作评价其他实验得到的平顶光束。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 平顶光束的研究背景及应用背景

1．2 传统平顶光束整形技术

1．2．1 光阑法

1．2．2 多透镜阵列

1．2．3 二元光学元件

1．2．4 长焦深整形

1．2．5 液晶空间光调制器

1．2．6 双折射透镜组

1．2．7 非球面透镜组

1．3 基于特殊模式的平顶光束整形技术

1．3．1 柱矢量光束聚焦

1．3．2 涡旋光束聚焦

1．4 本论文的主要研究内容

参考文献

第二章 光纤激光器与光纤布拉格光栅的研究

2．1．1 光纤激光器结构和分类

2．1．2 光纤模式理论分析

2．2 光纤布拉格光栅

2．2．1 光纤布拉格光栅的制作方法

2．2．2 光纤布拉格光栅的耦合模理论

2．3 本章小结

参考文献

第三章 柱矢量光束的研究

3．1 柱矢量光束的数学表达

3．2 柱矢量光束的应用

3．3 柱矢量光束的产生方法

3．3．1 主动方式

3．3．2 被动方式

3．3．3 光纤方式

3．4 本章小结

参考文献

第四章 平顶光束输出的全光纤激光器研究

4．1 平顶光束输出的全光纤激光器的简介

4．1．1 平顶光束输出的全光纤激光器研究背景

4．1．2 平顶光束输出的全光纤激光器理论模拟

4．2 平顶光束输出的全光纤激光器

4．3 实验结果分析

4．4 本章小结

参考文献

第五章 总结与展望

5．1 本文主要研究内容

5．2 研究工作展望

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果

致谢