基于1560nm泵浦源的掺Tm3+光纤激光器研究

摘要

光纤激光器随着掺杂与工艺的不断改进，其应用范围越来越广阔。其中2μm波段的光纤激光器由于具有较高安全性与稳定性，被广泛用于激光医学、激光雷达、遥感测控以及军用传感等领域中。与以往各种光纤激光器相比较，新型掺铥(Tm3+)光纤激光器可以实现1.6～2.1μm的调谐，是目前已知各类稀土离子中可调谐范围最宽的，同时它还具有输出激光能效比高、光束质量好的优点，近些年逐渐成为2μm波段的光纤激光器的研究热点。
　　本文工作主要进行对基于1560nm泵浦源的掺铥(Tm3+)光纤激光器的研究，主要内容为:
　　1.论文首先介绍掺Tm3+光纤激光器的研究背景和意义，指出了基于1560nm泵浦的掺Tm3+光纤激光器的特点和应用领域。之后分析掺Tm3+激光器研究现状，根据论文研究方向对论文整体结构进行概括。
　　2.研究对比有关大功率包层泵浦掺Tm3+光纤激光器的关键技术。研究分为四部分，第一部分为掺Tm3+光纤激光器的组成原理及各个部件的工作机理;第二部分研究激光器增益介质的种类及双包层光纤的结构;第三部分研究激光器谐振腔的种类，包括线性腔和环形腔;第四部分研究激光器泵浦以及泵浦源的种类。
　　3.研究掺Tm3+光纤激光器的泵浦方式。根据1560nm泵浦源对应的3H6-3F4泵浦方式，利用稳态速率方程的分析方法建立数学模型并利用matlab进行数值仿真，根据仿真结果分析影响基于1560nm泵浦源的掺铥光纤激光器性能的参数。通过对比验证了在其它条件一定时，采用793nm泵浦源的掺铥光纤激光器整体性能略高于采用1560nm泵浦源时情况。
　　4.论文根据3H6-3F4泵浦方式搭建基于1560 nm泵浦源的掺Tm3+光纤激光器，得到峰值功率为-6.7dBm，边摸抑制比为60dB的2μm激光。激光在2个小时的测试时间内，中心波长漂移小于0.1nm，峰值功率抖动小于0.5dB。实验还搭建了基于793nm泵浦的掺铥光纤激光器，验证了基于1560nm泵浦源的掺铥光纤激光器与基于793nm泵浦的掺铥光纤激光器在选择谐振腔反射率时有共同的特性。最后总结实验成果与不足，提出了实验改进方案，并对接下来的研究工作指明方向。

目录

声明

致谢

摘要

序

1 引言

1．1 研究背景及意义

1．2 掺Tm3+光纤激光器的特点和应用

1．3 掺Tm3+光纤激光器国内外研究进展

1．4 论文主要工作

2 基于1560nm泵浦的掺Tm3+光纤激光器基本理论

2．1 掺Tm3+光纤激光器的结构及工作原理

2．2 增益介质

2．2．1 双包层光纤结构特性

2．2．2 双包层光纤基质材料与掺杂浓度

2．2．3 双包层光纤吸收效率

2．3 谐振腔

2．3．1 Fabry-Perot腔

2．3．2 环形腔

2．3．3 光纤光栅

2．4 泵浦源与泵浦耦合技术

2．4．1 泵浦源

2．4．2 泵浦耦合技术

2．5 本章小结

3 基于1560nm泵浦的掺Tm3+双包层激光器仿真模型研究

3．1 铥元素的光谱特性和能级结构

3．2 掺Tm3+光纤激光器的泵浦方式

3．2．1 3H6-3F4泵浦方式

3．2．2 3H6-3H4泵浦方式

3．2．3 3H6-3H5泵浦方式

3．3 3H6-3F4泵浦方式的数学模型

3．4 3H6-3F4泵浦方式仿真数值分析

3．4．1 仿真初始值设定

3．4．2 基于1560nm泵浦的掺Tm3+光纤激光器仿真与分析

4 掺Tm3+光纤激光器实验研究

4．1 基于1560nm泵浦的掺Tm3+光纤激光器实验

4．1．1 基于1560nm泵浦的掺Tm3+光纤激光器结构

4．1．2 基于1560nm泵浦的掺Tm3+光纤激光器改进方案测试

4．1．3 基于1560nm泵浦的掺Tm3+光纤激光器输出激光测试

4．2 基于793nm泵浦的掺铥光纤激光器中光纤光栅反射率对激光输出的影响测试

4．2．1 基于793nm泵浦的掺铥光纤激光器结构

4．2．2 基于793nm泵浦的掺铥光纤激光器斜率效率测试

4．3 实验总结

5 结论

5．1 论文工作总结

5．2 未来工作展望

参考文献

附录A

索引

作者简历

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