全光纤化调Q脉冲光纤激光器研究

发布时间：2019-04-02 04:37

【摘要】：调Q脉冲光纤激光器具有光束质量好、能量和峰值功率高等优点，近年来在许多领域引起了人们的广泛关注，如工业、通信、医学、军事等领域。尤其在工业加工领域，显示出了其绿色加工的独特优势。目前国内外关于调Q光纤激光器的研究主要集中在高功率和高能量脉冲的实现方面，缺乏对脉冲动态特性的详细分析和对脉冲工作控制方面的研究。因此，本文从脉冲动态输出特性以及脉冲工作控制两方面对全光纤化的调Q脉冲光纤激光器进行了深入的研究，具体工作如下： 首先，概述了调Q光纤激光器的基本理论，详细介绍了自调Q光纤激光器和声光调Q光纤激光器的工作原理。从速率方程、峰值功率、脉冲能量和脉冲宽度等方面介绍了调Q光纤激光器的工作特性，，总结了调Q光纤激光器的实现方法并进行了比较。 其次，基于自调Q光纤激光器的基本理论，设计并搭建了基于可饱和吸收体的自调Q掺铒光纤激光器。分别从线形腔和环形腔两种结构分析了激光器的动态输出特性。对于线形腔结构，激光器经历了从连续波到自调Q的运转状态。在泵浦功率21mW~190mW的范围内，获得了脉冲宽度8μs~100μs范围内可调、重复频率2.5kHz~54kHz范围内可调的自调Q脉冲。脉冲重复频率波动小于10%，峰值功率波动小于5%。对于环形腔结构，激光器经历了从自调Q到连续波的运转状态。在泵浦功率16.2mW~110mW范围内，获得了脉冲宽度在138μs-180μs之间可调、重复频率在2.8kHz-3.4kHz之间可调的自调Q脉冲。脉冲重复频率波动小于5%，峰值功率波动小于11%。比较分析了两种不同结构激光器的动态输出特性，研究结果有助于进一步研究调Q脉冲光纤激光器的稳定性问题，提高其实用性。 然后，由于自调Q掺铒光纤激光器在脉冲工作控制方面存在局限性，为了进一步研究调Q脉冲光纤激光器的脉冲工作控制问题，在声光调Q光纤激光器工作原理的基础上，分别设计并搭建了基于前向泵浦和后向泵浦两种泵浦方式的声光调Q光纤激光器系统。通过调节外部信号发生器的重复频率和占空比，在两种泵浦方式的激光器系统实验中，分别获得了最小脉冲宽度为24ns和19ns的调Q脉冲，其重复频率为80kHz。并从脉冲平均功率、脉冲宽度、脉冲平滑度和稳定度等方面比较了两种泵浦结构的激光器系统性能，结果表明，后向泵浦结构优于前向泵浦结构。 最后，基于后向泵浦结构，研究了声光调Q光纤激光器的脉冲工作控制方法。研究了外部控制信号重复频率和占空比等参数对脉冲平均功率、脉冲宽度、重复频率和平滑度的影响，并分别进行了理论解释。最终脉冲重复频率和脉冲宽度可以通过外部控制信号进行单独控制，实现重复频率在10kHz~100kHz范围内可调、脉冲宽度小于100ns的稳定平滑脉冲激光。 除此之外，本文详细分析了实验中脉冲重频随占空比的变化情况。从声光调制器开启时间与脉冲建立时间二者之间的关系出发，解释了脉冲重频与信号重频成倍数关系的原因，并从该现象中发现了其与脉冲平滑度控制之间的关系。这在研究脉冲工作控制方面是一种新的思路。 本文分别从被动调Q、主动调Q两种调Q方式研究了全光纤调Q脉冲光纤激光器的动态输出特性和脉冲工作控制问题。最终，激光器脉冲的稳定度、平滑度、重复频率和脉冲宽度等参数都能得到灵活的控制，获得了平滑、稳定的窄脉冲输出。该激光器适用于主振荡功率放大(MOPA)系统中的优质种子源，在工业加工中有助于提高加工效率和加工质量，具有很好的应用价值。
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【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN248

【参考文献】

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本文编号：2452249