复杂多光纤熔融拉锥合束平台研发

发布时间：2020-04-14 06:45

【摘要】：近些年来,高功率光纤激光器的发展速度越来越快,特别是在工业制造、国防军事等领域,应用也愈加广泛。为了能进一步提升高功率光纤激光器的功率,就需要在技术上进行改进,合束器应运而生,其通过将多根光纤上的功率进行合成的方式,突破单根光纤功率的限制,能实现更高功率的输出。光纤合束器作为高功率光纤激光器的关键器件,直接影响着激光器的性能。本论文第一部分介绍了光纤合束器的研究发展历程,光纤合束器用途广泛,影响着国内高功率光纤激光器的发展,近几年国内外在光纤合束器的研制上进展迅速,合束功率不断提升。第二部分分析了光纤合束器制作的关键技术,主要包括光纤的组束、熔融拉锥、切割、熔接以及封装。对当前每一种技术所使用的不同方法进行的对比分析,最终根据优缺点并结合本课题设计要求,选择火焰加热方法进行熔融拉锥和熔接,并采用超声波切割刀对拉锥光纤进行在线切割。第三部分在硬件方面,设计并搭建了拉锥熔接平台,主要包括拉锥运动平台设计和火头运动平台的搭建,最终可实现对37根光纤的熔融拉锥,切割以及熔接合束;在软件方面,设计了一套控制系统,并通过编写上位机软件,实现了对拉锥、熔接等操作的程序控制。最后在工艺实验研究中,说明了改进的光纤组束方法,设计了一种新的去涂覆层结构;然后在进行拉锥的实验过程中,根据光纤拉锥直径和各项影响因素的数据,获得了拉锥所需的工艺参数,最终可以制备较好的拉锥光纤和合束光纤。
【图文】：

光纤激光,输出功率极限,级联泵,光纤激光器

华中科技大学硕士学位论文因为高功率的光纤激光器的输出光功率能够达到 MW/cm2量级，这种量级的激光足以击毁任何事物。光纤激光不仅能够作为攻击武器而且还能够作为防御型的武器，例如美国在 2002 年用于扫雷的 2KW 的光纤激光器[20]。美国也成功地使用光纤激光器在距离约为 2 英里远处击中时速 300 英里的无人机[21]。足以看出，在未来战场上，光纤激光器有着强大的作战力。虽然就目前来讲光纤激光器应用在众多的领域，其性能也很优良，但是其还是存在相应的局限性，例如非线性效应、热透镜等问题，故而它的输出功率很难再上升一个台阶。在 2008 年，美国的研究学者 Dawson 通过实验进行详细的分析[22]，从图 1-1 所示分析结果来看，理论上单频光纤激光输出功率最高的时候将近 1.86 kW。

多模,光纤,功率

但是我们不能够满足于现状，毕竟十千瓦级别与百千瓦级别还，要想获得更高功率的输出，就需要采用新的方案，通过多根光破单根光纤的输出功率的局限性，进而可以从根本上再进行性能束器就成了尤为重要的东西，所以对光纤合束器的制作进行研发需要的关键技术有相当大的意义。研究现状束器的分类-2 所示，光纤合束器按照功能来划分的话可以分为功率合束器大种类。而所谓的功率合束器也被叫做单模-多模光纤合束器，出功率[10]。对于泵浦合束器，它主要用来提高泵浦功率[27]。光纤功能来划分，当然也可以从其结构来进行分类，，从结构上来看，即 N×l 合束器和(N+1)×1 合束器[28, 29]。N×1 合束器功率合束器
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN248

【参考文献】