基于空芯反谐振光纤的中红外气体拉曼激光光源

发布时间：2020-06-08 17:44

【摘要】：中红外激光器在工业、军事和医疗上具有很广泛的应用,近年来成为了激光领域的研究热点。基于空芯光纤的气体拉曼散射可以实现高功率的中红外激光输出,这就为中红外激光器的制作提供了一条有效的途径。空芯反谐振光纤具有宽传输通带、低损耗、高损伤阈值和单模传输的优点,已经广泛地应用于气体拉曼激光器的研究中。本文通过设计空芯反谐振光纤的结构,实现了不同波段低损耗的导光通带。通过纳秒激光器泵浦充入空芯反谐振光纤中的甲烷气体,产生了多阶的斯托克斯光和反斯托克斯光。用高峰值功率的激光器泵浦充入中红外空芯反谐振光纤中的甲烷,获得了高峰值功率的中红外拉曼激光,并且研究了中红外拉曼激光输出功率与压强和泵浦光功率之间的关系,主要研究内容分为以下几个部分:1.首先介绍了有关拉曼散射的基本概念,对拉曼散射的原理进行了概述。其次对比分析了自发和受激拉曼散射,通过受激拉曼散射耦合波方程的有关理论,分析了瞬态和稳态受激拉曼散射,还对振动和转动受激拉曼散射进行了介绍。最后研究了空芯光纤中的拉曼阈值。2.对反谐振反射原理、泄漏模原理和多层模型理论这三种用来解释空芯反谐振光纤导光机理的理论进行了研究。对空芯反谐振光纤的仿真方法、导光特性和拉制过程进行了阐述。3.研究了甲烷气体分子结构及其拉曼特性。为了产生甲烷的气体拉曼散射光,设计并拉制了纤芯直径为44μm,包层孔直径为24μm的无节点空芯反谐振光纤。对比了自由空间、毛细管和空芯反谐振光纤中光与气体的相互作用效率。采用1064 nm纳秒激光器泵浦甲烷产生了多阶的拉曼散射光。计算空芯反谐振光纤中的稳态受激拉曼散射阈值约为4.5μJ,对甲烷产生拉曼散射的实验结果进行了分析。4.为了获得中红外拉曼激光光源,设计并且拉制了纤芯直径为68μm,包层孔直径为34μm的中红外空芯反谐振光纤,光纤在1.064μm和1.544μm的仿真损耗分别为0.03 dB/m和0.015 dB/m,2.812μm的测量损耗为0.41 dB/m。制作了1064 nm的固体皮秒激光器,激光器的重频为1 kHz,脉宽为12 ps,峰值功率能达到91 MW。在耦合泵浦光功率为766 mW时,1.544μm拉曼激光输出峰值功率为5.9 MW,相应量子转换效率为14%;获得了高峰值功率的中红外2.812μm拉曼激光光源,2.812μm拉曼激光最大平均功率为113 mW,峰值功率可以达到了9.5 MW,对应的量子转换效率为40%。通过高峰值功率的激光器泵浦中红外空芯反谐振光纤中的甲烷,获得了高峰值功率的中红外2.812μm拉曼激光光源,这为高峰值功率中红外激光器的制作提供了有效的方式。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN253;TN248

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本文编号：2703420