高功率掺镱全光纤激光器关键单元技术研究
发布时间：2020-12-29 13:29
近年来,随着高功率光纤激光器的不断发展,关键光纤器件逐渐成为功率提升的主要瓶颈。本文着重展开了对此前关注较少的高功率泵浦耦合器件（光纤合束器、GTWave）和高功率输出器件（包层光滤除器、光纤端帽）的研究。结合理论与实验对这些器件的设计进行了优化,并提出了新的关键技术。在此基础上,利用自制的掺镱光纤实现了全光纤结构的直接振荡单模2kW高功率激光输出。在泵浦耦合器件方面,首先介绍了常规合束器的发展概况以及光纤合束器中的新工艺,总结了常用的几种组束方式。然后基于最新的CO2激光热源LZM-100利用套管法工艺成功制备出7×1合束器,其平均耦合效率为79.6%。在超高功率泵浦耦合方式中,GTWave要优于光纤合束器,于是针对其拉制困难的问题试图从理论入手找到解决办法。在实验验证了GTWave多模耦合模型后,又通过模型计算了泵浦模式对激光效率的影响,同时分析对比了（N+1）与（1+1）型GTWave的激光效率与温度特性。发现（N+1）型（N≥2）GTWave和高阶模泵浦可有效提升非紧贴状态下GTWave的激光效率,为GTWave的设计提出了合理的建议。在输出器件方面,对于...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
增益介质能级图
图 1-2 典型振荡结构光纤激光器与传统激光器相比，全光纤激光器具有以下优点：(1) 高斜率效率。作为增益介质的掺杂光纤光光转换效率比较高，还具有较小的量子亏损。另外，由于双包层光纤内包层形状的特殊设计，使得有源纤对泵浦光的吸收一般较大。再加上全光纤激光器的传输损耗较小等因素使得光纤激光器的斜率效率相当高，光—光效率可超过 60%[14]。(2) 高集成度，结构简单。由于光纤轻巧，易弯曲等特点使得全光纤激光器占用空间小，同时省去了各类透镜等空间结构，此外，全光纤激光器结构更加紧凑，稳定可靠，不受震动，高温，灰尘，冲击，电磁干扰等影响。更换器件后也不用重新调节或校正光路。(3) 高光束质量。光纤激光器所采用的有源纤一般为单模或者准单模光纤，因此经过单模光纤的光束整形后，输出激光光斑都是近高斯光斑，光束质量因子 M2甚至可小于 1.05[15]。
图 1-3 掺杂离子增益谱激光器这些优点，使其广泛应用于光纤通信，工业加工，医领域：光纤激光器因其光纤输出的特点，能更好与 WDM 耦。此外，光纤激光器由于宽增益谱的特点恰好能提供个通讯窗口的波段。其中 EDFA 由于其高增益，低噪声指数用（Wavelength division multiplex, WDM）系统中。领域：目前适合高功率激光输出的主要是掺镱光纤激光器。的功率可达万瓦以上，相对于应用在加工领域的传统激光器器等，其具有光束质量好，能量转换效率高，输出更稳定，]。领域：掺 Tm3+光纤激光器的工作波段在 2μm 和 1.47μm 附近眼安全的波段范围内。因此掺铥光纤激光器被广泛应用在多、皮肤癌治疗和纹身、外科手术和红外保健等。
【参考文献】：
期刊论文
[1]国产光纤实现同带抽运3000W激光输出[J]. 王泽晖,肖起榕,王雪娇,衣永青,庞璐,潘蓉,黄昱升,田佳丁,李丹,闫平,巩马理. 物理学报. 2018(02)
[2]国产泵浦增益一体化复合功能激光光纤实现8.74kW激光输出[J]. 林傲祥,湛欢,王瑜英,彭昆,王小龙,倪力,唐选,刘爽,李雨薇,姜蕾,俞娟,王建军,景峰. 强激光与粒子束. 2018(01)
[3]5kW全光纤结构1018nm激光合成[J]. 谷炎然,冷进勇,肖虎,陈子伦,周朴,刘泽金. 强激光与粒子束. 2017(12)
[4]高功率光纤激光器中反向抽运结构对模式不稳定的抑制[J]. 李泽标,郭超,赵鹏飞,黄志华,向小雨,梁小宝,李成钰,林宏奂,王建军,景峰,徐善辉,杨中民. 中国激光. 2017(08)
[5]输出功率突破3kW的全光纤激光振荡器[J]. 张汉伟,王小林,杨保来,史尘,粟荣涛,马鹏飞,周朴,许晓军,陈金宝,刘泽金. 中国激光. 2017(04)
[6]光纤激光模式不稳定的新现象与新进展[J]. 史尘,陶汝茂,王小林,周朴,许晓军,陆启生. 中国激光. 2017(02)
[7]高功率光纤激光抽运耦合技术综述[J]. 肖起榕,张大勇,王泽晖,黄昱升,张利明,李丹,闫平,巩马理. 中国激光. 2017(02)
[8]大直径石英端帽与光纤的熔接及检测[J]. 方玄,赵霞,张恩隆,孙伟雄,骆鹏程. 激光杂志. 2016(06)
[9]高功率光纤激光器热效应的研究进展[J]. 胡志涛,何兵,周军,张建华. 激光与光电子学进展. 2016(08)
[10]LD抽运主振荡功率放大结构4.1kW全光纤激光器[J]. 王小林,张汉伟,陶汝茂,粟荣涛,周朴,许晓军. 中国激光. 2016(05)
博士论文
[1]基于光纤合束器的模式转换和控制研究[D]. 李杰.国防科学技术大学 2013
[2]高功率掺镱光纤激光器及关键器件研究[D]. 张继皇.华中科技大学 2012
[3]宽带光纤放大器及可调谐掺铒光纤激光器的研究[D]. 刘俭辉.天津大学 2004
硕士论文
[1]低损耗泵浦合束器技术研究[D]. 吴娟.中国工程物理研究院 2014
[2]掺镱双包层光纤主振荡功率放大激光系统的研究[D]. 陈博.天津大学 2012
[3]合束泵浦光纤激光器及光纤合束器研究[D]. 杨超.华中科技大学 2008
本文编号：2945722
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：89 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
增益介质能级图
图 1-2 典型振荡结构光纤激光器与传统激光器相比，全光纤激光器具有以下优点：(1) 高斜率效率。作为增益介质的掺杂光纤光光转换效率比较高，还具有较小的量子亏损。另外，由于双包层光纤内包层形状的特殊设计，使得有源纤对泵浦光的吸收一般较大。再加上全光纤激光器的传输损耗较小等因素使得光纤激光器的斜率效率相当高，光—光效率可超过 60%[14]。(2) 高集成度，结构简单。由于光纤轻巧，易弯曲等特点使得全光纤激光器占用空间小，同时省去了各类透镜等空间结构，此外，全光纤激光器结构更加紧凑，稳定可靠，不受震动，高温，灰尘，冲击，电磁干扰等影响。更换器件后也不用重新调节或校正光路。(3) 高光束质量。光纤激光器所采用的有源纤一般为单模或者准单模光纤，因此经过单模光纤的光束整形后，输出激光光斑都是近高斯光斑，光束质量因子 M2甚至可小于 1.05[15]。
图 1-3 掺杂离子增益谱激光器这些优点，使其广泛应用于光纤通信，工业加工，医领域：光纤激光器因其光纤输出的特点，能更好与 WDM 耦。此外，光纤激光器由于宽增益谱的特点恰好能提供个通讯窗口的波段。其中 EDFA 由于其高增益，低噪声指数用（Wavelength division multiplex, WDM）系统中。领域：目前适合高功率激光输出的主要是掺镱光纤激光器。的功率可达万瓦以上，相对于应用在加工领域的传统激光器器等，其具有光束质量好，能量转换效率高，输出更稳定，]。领域：掺 Tm3+光纤激光器的工作波段在 2μm 和 1.47μm 附近眼安全的波段范围内。因此掺铥光纤激光器被广泛应用在多、皮肤癌治疗和纹身、外科手术和红外保健等。
【参考文献】：
期刊论文
[1]国产光纤实现同带抽运3000W激光输出[J]. 王泽晖,肖起榕,王雪娇,衣永青,庞璐,潘蓉,黄昱升,田佳丁,李丹,闫平,巩马理. 物理学报. 2018(02)
[2]国产泵浦增益一体化复合功能激光光纤实现8.74kW激光输出[J]. 林傲祥,湛欢,王瑜英,彭昆,王小龙,倪力,唐选,刘爽,李雨薇,姜蕾,俞娟,王建军,景峰. 强激光与粒子束. 2018(01)
[3]5kW全光纤结构1018nm激光合成[J]. 谷炎然,冷进勇,肖虎,陈子伦,周朴,刘泽金. 强激光与粒子束. 2017(12)
[4]高功率光纤激光器中反向抽运结构对模式不稳定的抑制[J]. 李泽标,郭超,赵鹏飞,黄志华,向小雨,梁小宝,李成钰,林宏奂,王建军,景峰,徐善辉,杨中民. 中国激光. 2017(08)
[5]输出功率突破3kW的全光纤激光振荡器[J]. 张汉伟,王小林,杨保来,史尘,粟荣涛,马鹏飞,周朴,许晓军,陈金宝,刘泽金. 中国激光. 2017(04)
[6]光纤激光模式不稳定的新现象与新进展[J]. 史尘,陶汝茂,王小林,周朴,许晓军,陆启生. 中国激光. 2017(02)
[7]高功率光纤激光抽运耦合技术综述[J]. 肖起榕,张大勇,王泽晖,黄昱升,张利明,李丹,闫平,巩马理. 中国激光. 2017(02)
[8]大直径石英端帽与光纤的熔接及检测[J]. 方玄,赵霞,张恩隆,孙伟雄,骆鹏程. 激光杂志. 2016(06)
[9]高功率光纤激光器热效应的研究进展[J]. 胡志涛,何兵,周军,张建华. 激光与光电子学进展. 2016(08)
[10]LD抽运主振荡功率放大结构4.1kW全光纤激光器[J]. 王小林,张汉伟,陶汝茂,粟荣涛,周朴,许晓军. 中国激光. 2016(05)
博士论文
[1]基于光纤合束器的模式转换和控制研究[D]. 李杰.国防科学技术大学 2013
[2]高功率掺镱光纤激光器及关键器件研究[D]. 张继皇.华中科技大学 2012
[3]宽带光纤放大器及可调谐掺铒光纤激光器的研究[D]. 刘俭辉.天津大学 2004
硕士论文
[1]低损耗泵浦合束器技术研究[D]. 吴娟.中国工程物理研究院 2014
[2]掺镱双包层光纤主振荡功率放大激光系统的研究[D]. 陈博.天津大学 2012
[3]合束泵浦光纤激光器及光纤合束器研究[D]. 杨超.华中科技大学 2008
本文编号：2945722
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