基于碲酸盐光纤的级联受激拉曼激光器理论研究

发布时间：2020-03-29 02:52

【摘要】：拉曼光纤激光器是一种基于受激拉曼散射效应的光纤激光器,其结构紧凑,转化效率高,稳定性好,光束质量高,输出功率高,易于散热,能将光波向中红外波段拓展,因此在生物医疗、国防安全、大气检测等方面有着广泛的应用前景。由于碲酸盐光纤具有大拉曼频移、高拉曼增益系数、宽中红外传输窗口和低声子能量等特点,是中红外波段拉曼光纤激光器的理想增益介质。本文理论分析并数值模拟了基于碲酸盐光纤的不同阶拉曼光纤激光器的输出特性,为碲酸盐光纤拉曼激光器的实验研究提供理论指导和依据。分析了光纤长度、输出耦合器反射率、光纤损耗系数和泵浦功率对一阶和三阶拉曼光纤激光器输出斯托克斯光参数的影响。主要研究内容如下:一、介绍了受激拉曼散射的基本原理。给出了连续或准连续泵浦情况下,光纤中泵浦光和各阶斯托克斯光的传输方程,给出了拉曼阈值的定义。二、建立了基于碲酸盐光纤不同阶拉曼光纤激光器的线形腔物理模型。分析了腔内泵浦光和各阶斯托克斯光的相互作用,根据各阶级联拉曼光纤激光器的耦合方程,将多维并行打靶法和四阶龙格库塔算法相结合来进行求解。三、模拟了基于碲酸盐光纤一阶拉曼光纤激光器的特性。数值模拟了腔内泵浦光和一阶斯托克斯光沿光纤传播方向的演变过程,分析了光纤长度、输出耦合器反射率、光纤损耗系数和泵浦功率对输出一阶斯托克斯光参数的影响,并对激光器系统进行优化,给出优化参数。四、模拟了基于碲酸盐光纤三阶拉曼光纤激光器的特性。数值模拟了腔内泵浦光和各阶斯托克斯光沿光纤传播方向的演变过程,分析了光纤长度、输出耦合器的反射率、光纤损耗系数和泵浦功率对输出三阶斯托克斯光参数的影响,并对激光器系统进行优化,给出优化参数。
【图文】：

碲酸盐玻璃,受激发射截面,石英玻璃,碲酸盐

Al/P 共掺石英玻璃、氟玻璃和碲酸盐玻璃中 Er3+离子的受激发timulated Raman scattering cross section of Er3+ion in Al/P co-dopefluoride and tellurite声子能量：碲酸盐玻的声子能量比较低（～750 cm 1）子相邻能级间的多声子无辐射弛豫速率相对较低，辐射高功率的激光输出。稀土离子掺杂浓度：相比于普通的石英光纤，碲酸盐度是它的 10～100 倍，高的掺杂浓度增加了碲酸盐光增益增强。在制造光纤激光器时，结构更加简单紧凑。熔点：制造碲酸盐光纤时，其熔制需要的温度相对较低，低了制造设备的要求，但是也因为碲酸盐光纤能承受的于制作高功率光纤激光器。定性好：与其他的软玻璃光纤相比，碲酸盐光纤稳定，可以被应用在恶劣的环境下。

能级图,反斯托克斯散射,拉曼散射,斯托克斯

第二章受激拉曼散射效应基本原理自发拉曼散射拉曼散射起因于光子和介质分子之间的非弹性碰撞，存在能量上的交换够转移一部分的能量给分子或者从分子中吸收一部分能量，在量子的角被形容为入射进入介质中的一个光子被其介质分子散射，形成另一个与相比具有不同频率的光子，同时完成分子振动态之间的跃迁[88]。在非中能够产生两种光子即低频和高频光子，低频光子称为 Stokes 光，，高为反斯托克斯（Anti-Stokes）光。拉曼散射中的斯托克斯散射和反斯托克斯散射的能级图如图 2.1 所示。是入射光子的频率，ωs和ωas分别是Stokes光子和Anti-Stokes光子的频率ν=1 是介质分子的两个能级，ν=0 是基态，ν=1 是激发态，ωv是基态与激的频率差。
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN248

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