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全光纤化被动调Q掺镱光纤激光器研究

发布时间:2018-05-03 01:03

  本文选题:光纤激光器 + 调Q技术 ; 参考:《吉林大学》2017年硕士论文


【摘要】:自1986年Alcock初次将调Q技术引入光纤激光器以来,调Q光纤激光器一直是激光技术领域的研究热点之一。调Q光纤激光器具有脉宽窄、峰值功率高、脉冲能量高、光束质量好等特性,使其在医学治疗、环境遥感、激光测距、工业生产等领域中展现出独特的应用价值。调Q光纤激光器有主动调Q和被动调Q两种,其中被动调Q光纤激光器无需额外加入调制器,结构紧凑,系统简单、成本低,且具有更高的运行效率,是获得高重频的纳秒、亚纳秒激光脉冲的重要方式。本文从理论与实验两方面对被动调Q掺镱光纤激光器进行了研究。理论上,建立被动调Q掺镱光纤激光器的理论模型,对被动调Q掺镱光纤激光器进行数值仿真,探究不同因素对其输出特性产生的影响;实验上,搭建了两种不同腔结构的被动调Q掺镱光纤激光器,分别研究与分析了脉冲输出特性,并将其性能进行了比较。具体工作如下:1.阐述了调Q的基本原理,详细介绍了被动调Q的基本原理,概述了不同可饱和吸收体的工作特性。2.对被动调Q掺镱光纤激光器进行了理论仿真研究。建立了被动调Q掺镱光纤激光器的理论模型、传输方程、速率方程,模拟仿真研究了泵浦功率、可饱和吸收体光纤长度、掺杂浓度等对激光器输出特性的影响。3.基于仿真结果,搭建了单腔结构的被动调Q掺镱光纤激光器,研究了泵浦功率、可饱和吸收体光纤长度对其输出特性的影响,并进行分析与讨论。在可饱和吸收体长度为2m时,泵浦功率在660m W-1.5W范围内,获得最窄脉冲宽度4.8μs的1064nm调Q脉冲输出。4.为进一步得到稳定被动调Q脉冲输出,搭建一种双腔结构的全光纤化被动调Q掺镱光纤激光器。该激光器采用线形双腔结构,利用被动调Q和增益调制相结合的技术方案,实现了最窄脉宽2.6μs、脉冲重复频率在13.23kHz-40.6kHz范围内可调,中心波长为1064nm的平滑、稳定的脉冲输出。并探究了脉冲特性随可饱和吸收体光纤长度的变化情况。相对于单腔被动调Q掺镱光纤激光器而言,双腔被动调Q掺镱光纤激光器稳定性能得到一定改善。该激光器通过双腔的交叉调制,保证了脉冲激光的稳定高效输出,可以作为高性能脉冲产生方式的新选择。文章最后对全文的主要工作进行了总结与展望。
[Abstract]:Since Alcock first introduced Q-switched technology into fiber laser in 1986, Q-switched fiber laser has been one of the hotspots in the field of laser technology. Q-switched fiber laser has the characteristics of narrow pulse width, high peak power, high pulse energy and good beam quality. It has shown unique application value in medical treatment, environmental remote sensing, laser ranging, industrial production and so on. There are two kinds of Q-switched fiber lasers: active Q-switched and passive Q-switched, among which the passive Q-switched fiber laser does not need additional modulator, which has the advantages of compact structure, simple system, low cost and higher operating efficiency. It is a nanosecond to obtain high repetition frequency. An important way of subnanosecond laser pulses. In this paper, the passive Q-switched ytterbium-doped fiber laser is studied theoretically and experimentally. Theoretically, the theoretical model of passively Q-switched ytterbium-doped fiber laser is established, and the numerical simulation of passively Q-switched ytterbium-doped fiber laser is carried out to explore the influence of different factors on its output characteristics. Two kinds of passively Q-switched ytterbium-doped fiber lasers with different cavity structures are constructed. The pulse output characteristics are studied and analyzed, and their performances are compared. The work is as follows: 1. This paper expounds the basic principle of Q-switching, introduces the basic principle of passive Q-switching in detail, and summarizes the working characteristics of different saturable absorbers. The theoretical simulation of passive Q-switched ytterbium-doped fiber laser is carried out. The theoretical model, transmission equation and rate equation of passively Q-switched ytterbium-doped fiber laser are established. The effects of pump power, fiber length of saturable absorber and doping concentration on the output characteristics of the laser are simulated. Based on the simulation results, a single-cavity passively Q-switched ytterbium-doped fiber laser is constructed. The effects of pump power and the length of saturable absorber fiber on the output characteristics are studied and discussed. When the length of saturable absorber is 2m and pump power is 660m W-1.5W, the output of 1064nm Q-switched pulse with the narrowest pulse width of 4.8 渭 s is obtained. In order to obtain stable passive Q-switched pulse output, a dual-cavity passive Q-switched ytterbium-doped fiber laser is constructed. The laser adopts a linear dual-cavity structure, which combines passive Q-switching and gain modulation. The narrowest pulse width is 2.6 渭 s, the pulse repetition rate is adjustable in the range of 13.23kHz-40.6kHz, and the center wavelength is smooth and stable pulse output of 1064nm. The variation of pulse characteristics with the length of saturable absorber fiber is investigated. Compared with single-cavity passively Q-switched ytterbium-doped fiber laser, the stability of double-cavity passively Q-switched ytterbium-doped fiber laser has been improved. This laser can be used as a new choice of high performance pulse generation mode because of the stable and high efficiency output of the pulse laser through the cross modulation of two cavities. Finally, the main work of this paper is summarized and prospected.
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TN248

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4 本报记者 胡Z,

本文编号:1836263


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