低损耗泵浦合束器技术研究

来源 :中国工程物理研究院 | 被引量 : 5次 | 上传用户:jdalian1417
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泵浦合束器作为高功率光纤激光器中的核心器件,不仅要承受较高的泵浦光、信号光功率,还需要实现较低的泵浦光和信号光的耦合损耗,因为损耗不仅引起耦合效率的降低,在加载高功率泵浦光或信号光时,较高的损耗会加重泵浦合束器的散热负担,制约合束器耐受功率的提升,严重影响泵浦合束器甚至整个激光器的性能。本文对低损耗泵浦合束器相关技术开展研究,具体包括以下内容:1.对泵浦合束器中泵浦光、信号光的损耗来源进行了较深入的分析。在泵浦光损耗方面,给出了与泵浦光损耗相关的面积失配损耗、轴向失配损耗、角度失配损耗、数值孔径失配损耗的计算公式,分析了泵浦光模场失配损耗机制。在信号光损耗方面,具体分析了传输损耗与模场失配损耗,以及纤芯热扩散技术在减小信号光模场失配损耗方面应用的可能性。2.对移动氢氧焰光纤拉锥法的过程进行了数值分析与实验研究,得到了光纤拉锥形态与火焰宽度、火焰移动速度与拉锥速度的速度比、拉锥距离等参数的关系。提出并采用往返一次移动火焰法对锥形过渡区形态进行优化,给出了火焰宽度,往返移动距离应满足的条件,实验中运用往返一次移动火焰拉锥法增大了锥形过渡区的长度,从而可减小合束器中输入光束的传输损耗。3.对四种不同拉锥比的端泵型(N+1)×1合束器的信号光损耗开展了理论研究。从绝热条件出发,得到了锥形过渡区长度与基模的传输损耗的关系。用本征模展开算法计算了基模的模场失配损耗,得到了拉锥比与模场失配损耗的关系。对锥形结构中的LP11模的传输场分布和损耗进行了计算和分析。对纤芯热扩散方法对基模的模场失配损耗的改善作用进行了研究,得到了四种结构的端泵型(N+1)×l泵浦合束器优化后的模场失配损耗值与加热时间的关系。4.对(N+1)×1侧泵型泵浦合束器的进行了建模,基于几何光学理论,用Matlab编程计算了泵浦耦合效率与拉锥半角、泵浦光纤锥区长度以及泵浦光纤的熔融深度的关系,为实验研究奠定了基础。5.提出了一种分步式制备端泵型泵浦合束器的新方法,利用这种分步式方法自制了7×1泵浦合束器,该合束器单臂耐受功率大于170W,平均泵浦耦合损耗0.07dB。合束器熔接点激发的高阶模被聚合物层吸收,从而导致加载泵浦功率712W时,聚合物层温升达到108℃,应加强合束器封装结构的散热性能,降低聚合物层的温升,从而提升合束器的耐受功率极值。
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