高功率1150nm光纤激光器研究

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近年来1120~1200 nm波段光纤激光器在军事、天文、医疗等领域得到广泛应用。产生此波段激光最常见的增益介质是掺镱光纤,但是由于掺镱光纤在此波段发射截面小,导致功率提升受到1060~1100 nm波段ASE的限制。本文针对此波段激光功率受限的问题展开了理论和实验研究,主要结果如下:一,建立了1120~1200 nm波段掺镱光纤激光器的理论模型,对激光器进行了理论分析。根据镱离子的吸收发射特性,综合分析了ASE反馈、光栅反射率、光纤参数、泵浦方式以及背景损耗对激光器输出特性的影响。而后优化设计了激光器参数,搭建了由半导体激光器直接泵浦的1150 nm掺镱光纤激光器实验装置,实现了52 W的1150 nm激光输出,为目前国际上公开报道的最高功率。二,为了避免自激振荡对1150 nm掺镱光纤激光器功率提升的限制,采用拉曼增益方式实现1150 nm激光输出。首先建立了拉曼光纤激光器的理论模型,分析了光纤长度、光栅反射率、拉曼增益系数以及信号光损耗对输出特性的影响。搭建了1150 nm拉曼光纤激光器实验装置,实现了144 W的1150 nm激光输出,为目前国际上公开报道的最高功率。此外,还进行了脉冲1150 nm拉曼光纤激光器实验,首次实现了1150 nm波段的脉冲激光输出。三,由于拉曼光纤激光器采用级联泵浦方式,导致其结构复杂、整体效率低。在充分利用拉曼增益优势的基础上,提出了复合腔结构1150 nm光纤激光器的新尝试。由于其采用LD直接泵浦,激光器结构简单,整体效率高;又由于其采用拉曼增益方式,激光器可以有效抑制ASE和自激振荡。
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