掺Yb~(3+)双包层光纤激光器的研究

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本论文围绕着掺Yb3+双包层光纤激光器进行研究工作,报告了得到的科研成果,包括以下的内容:1.在截止波长高于1060nm的少量模光纤中用相位掩模法写入布拉格光纤光栅,制作的布拉格光栅具有几个透射峰。运用光纤光栅的耦合模理论根据光纤的结构和参数,可以模拟出这种方法的每个透射峰的位置,与实验的结果一致性很好。理论上的推导还给出了少量模光纤光栅的温度依赖特性与单模光纤布拉格光栅的温度依赖性相似,得到的结论为在少量模布拉格光纤光栅均匀受热时,它的几个反射峰具有相同的温度漂移,而且这个透射谱的形状不因为温度的改变而改变。最吸引我们的是使用这种光纤光栅做为腔镜组成的掺Yb3+单包层和双包层光纤激光器有着小于0.1nm的3dB带宽,说明少量模光纤布拉格光栅具有较窄的反射峰。上述这些特性使这种光纤光栅在传感技术,光纤通信和其它很多的领域可以得到应用。2.讨论了Yb3+离子的能级结构和光谱特性,并从稳态速率方程,结合谐振腔结构特点采用Ido Kelson和Amos Hardy的模型,给出了双包层光纤激光器的输出特性与激光器谐振腔结构参数的关系准解析表达式。 由激光器输出特性准解析表达式出发详细分析了掺Yb3+双包层光纤激光器输出功率、泵浦功率、光纤的最优长度等参数与后腔镜对信号光反射率R2、对泵浦光反射率R3、双包层光纤掺杂浓度等结构参数的关系,并进行了数值模拟,模拟结果表明,激光器的性能参数受其结构参数的影响很大,为优化设计双包层光纤激光器的结构提供了理论依据。 运用热传导方程对高功率双包层光纤激光器的热效应带来的温度、应力、折射率和激光效率的变化进行了理论和数值的分析。给出了热效应对双包层光纤激光器影响的裂解极限、临界折射率极限和熔化极限与光纤结构参数和泵浦功率的表达式,理论分析和数值模拟结果表明对于高功率的双包层光纤激光器温度很高时激光增益下降,在一定的功率水平上需要进行外界的冷却,以保证泵浦激光的效率和高功率的激光输出。 3.系统地讨论了包层泵浦技术的特点,它的核心是如何最大限度的提高包层中传输的泵浦光对纤芯中的掺杂激光介质的泵浦效率。其中双包层光纤的结构、内包层的形状、泵浦光入纤方式等是这项技术的关键所在。介绍了几种目前常见的泵谱光入纤方式,用几何光学的分析方法,给出了圆形、矩形和一种
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