掺镱高功率窄线宽光纤激光器及单频种子源的研究

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高功率窄线宽线偏振光纤激光器具有线宽窄、光束质量高、偏振度高等优势,被广泛应用于相干合成、光谱合成、非线性频率变换等领域,本文重点研究了高功率短波长(≤1030 nm)窄线宽线偏振掺镱光纤激光器。此外将短波长(1018 nm)掺镱光纤激光器作为泵浦源应用在单频系统当中,研究了同带泵浦技术对单频光纤激光系统的影响。具体研究工作如下:1.从理论和实验两方面研究了高功率1018 nm窄线宽线偏振光纤激光器。基于传统掺镱光纤激光的稳态速率方程建立数值仿真模型,优化了激光系统的参数并且有效抑制了ASE,最终实现了工作波长1018 nm、激光输出功率104 W、3 d B和20 d B的光谱宽度分别是~21 GHz和~72 GHz、偏振消光比>17.5 d B、高光束质量(M x2~1.62和My2~1.63)、斜率效率79%的激光器系统。2.从理论和实验上两方面研究了基于主振荡功率放大结构的1030 nm全光纤千瓦级窄线宽线偏振光纤激光器。通过理论计算表明增大种子激光的线宽可以有效抑制SBS,缩小增益光纤长度可以有效抑制ASE。实验中利用光谱宽度较宽的种子源从而有效抑制了SBS效应,采用正向泵浦方式实现了925 W输出激光功率、中心波长1030.1 nm、偏振消光比~15.2 d B、光谱宽度~60 GHz、近衍射极限光束质量(M2<1.3)的激光系统。3.从理论和实验两方面研究了两种不同腔体结构的单频1018 nm光纤激光器。通过数值仿真模型,优化了单频1018 nm线性腔激光器的参数,理论分析了环形腔中实现1018 nm激光激射时SMS器件的光谱透射损耗特性。线性腔激光器输出功率120 m W、光谱信噪比72 d B、线宽5 k Hz、RIN约为-134 d B/Hz。环形腔激光器输出功率24.2 m W、光谱信噪比63 d B、线宽3.95 k Hz、RIN约为-131d B/Hz。4.研究了利用1018 nm光纤激光器同带泵浦的环形腔单频1064 nm光纤激光器。当单频1018 nm泵浦功率1.4 W时,单频1064 nm激光器最大输出功率为231 m W,信噪比、线宽和RIN分别为72 d B、1.4 k Hz和-141 d B/Hz。与976 nm半导体激光器泵浦相比,单频1018 nm泵浦时1064 nm单频激光的线宽明显变窄。此外,还研究了单频和多纵模1018 nm泵浦下的系统性能,研究结果表明,单纵模1018 nm泵浦源有助于改善系统的噪声特性。
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