高功率可调谐掺Tm 3+ 光纤激光器的理论及实验研究
发布时间：2021-01-03 23:16
高功率可调谐掺Tm3+光纤激光器产生的2μm波段激光具有对水分子和高分子材料强吸收、硅材料高透等优点,在激光医疗、材料加工、空间通讯、光电对抗、增材制造等领域具有重要应用。另外,2μm波段激光器还可作为产生3～5μm波段激光的光学参量振荡器的理想光源。因此,2μm波段可调谐掺Tm3+光纤激光器具有重要研究价值。本文主要工作概括如下:（1）利用掺Tm3+光纤激光器所满足的稳态速率方程组,并借助Matlab软件对掺Tm3+光纤激光器的输出特性进行数值模拟。激光器输出指标主要包含输出功率、阈值功率、峰值波长、斜率效率等。（2）基于多模光纤弯曲损耗理论,理论仿真了在大芯径保偏掺Tm3+光纤纤芯中传输的各个模式弯曲损耗量随光纤弯曲半径的关系。并得出LP11模所对应的临界弯曲半径为66.8mm。（3）实验主要研究了采用大芯径保偏掺Tm3+光纤长度分别为3m、2.5m、1.2m情况下激光器的输出特性。在注入泵浦功率54W的情况下,这三种激光器的最大平均输出功率分别为10...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１－１?２［ｉｍ激光的应用：（ａ）红外对抗；（ｂ）生化检测；（ｃ）激光雷达；（ｄ）肿瘤切割??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１－１?Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?２｜ｉｍ?ｌａｓｅｒ：（ａ）ｉｎｆｒａｒｅｄ?ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅ；（ｂ）ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ??
值功率、斜率效率、线宽分别为２０Ｗ、６３％、０．３ｎｍ。通过角，其实现了?１９４７ｎｍ？２１０８ｍｎ的波长调谐范围，ｎｍ范围内的输出功率均大于６０Ｗ［⑴。??课题组Ｔ．Ｓ．Ｍｃｃｏｍｂ等人利用ＭＯＰＡ结构又实现了?２００Ｗ其相应的阈值功率、输出线宽、斜率效率分别为２４．６Ｗ、２改变Ｌｉｔｔｒｏｗ式衍射光栅的旋转角，实现了?１９２７ｎｍ？２０９７ｎｍ美国中佛罗里达大学Ｔ．Ｓ．Ｍｃｃｏｍｂ等人又实现了基于ＶＢＧ光器。该激光器通过包层泵浦技术实现了?１５９Ｗ的最大输为２０５２．５ｎｍ。同时相应的阈值功率、输出线宽、斜率效率?２０Ｗ、１．２ｎｍ、５４％、１９４９ｎｍ？２０５２．５ｎｍ［１３］。??美国ＡｄＶａｌｕｅ?Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ公司Ｊ．Ｇｅｎｇ等人使用１．５６，光纤的ＴＤＦ，并在激光腔内插入法布里珀罗可调滤波器，如图／全光纤激光器在］８４０ｎｍ？２０４０ｎｍ范围内的波长调谐，激［｜４］。??■??Ｍｉｒｒｏｒ??
图１－１－３?２ｐｍ全光纤波长选择激光器原理示意图ｔ｜４］??ｉｇｕｒｅ?１－１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ａｎ?ａｌｌ－ｆｉｂｅｒ?ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ－ｓｗｅｐｔ?ｌａｓｅｒ?ｎｅａｒ?２（ｘｎＶ１４］??，英国南安普顿大学Ｍ．Ｔｏｋｕｒａｋａｗａ等人报道了波长调谐范围纤激光器。该激光器中分別采用１５６５ｎｍ掺Ｅｒ３＋光纤放大器对纤进行纤芯泵浦以及采用７９３ｎｍＬＤ泵浦源对长３ｍ的掺Ｔｍ并在激光腔内加入衍射光栅和多角旋转镜，这两种泵浦方调谐范围分别为１７３０ｎｍ？２０００ｎｍ和］９４０ｎｍ？２１００ｎｍ，总０ｎｍ￣２０８０ｎｍｌ｜５］。??英国南安普顿大学Ｚ．?Ｌｉ等人采用中心波长１５５０ｎｍ的光纤ｍ３＋光纤进行双端纤芯泵浦，并利用衍射光栅滤波器的波长波长进行控制，最终激光器实现的波长调谐范围为１８２０ｎｍ？率、阈值功率、斜率效率分别为７２ｍＷ、１２５ｍＷ、２６％［｜６］，英国南安普顿大学Ｄａｎｉｅ丨等人采用光纤布拉格光栅实ｎｍ的可调谐掺Ｔｍ３＋光纤激光器，其能够实现的最大输
【参考文献】：
期刊论文
[1]高功率包层光剥离器最新研究进展[J]. 孙静,邹淑珍,陈寒,于海娟,王旭葆,林学春. 激光与光电子学进展. 2017(11)
[2]2μm高功率掺铥光纤激光器研究进展[J]. 王郡婕. 激光杂志. 2015(08)
[3]High-power and widely tunable Tm-doped fiber laser at 2 μm[J]. 郭成正,沈德元,龙井字,汪飞. Chinese Optics Letters. 2012(09)
[4]可调谐掺铥双包层光纤激光器实验研究[J]. 杜戈果,胡辉,闫培光,赵俊清,郭春雨. 深圳大学学报(理工版). 2011(02)
[5]2μm掺Tm3+石英光纤激光器的泵浦效率分析和研究进展[J]. 龙井宇,白晋涛,任兆玉,杨凯. 激光杂志. 2009(04)
[6]铥离子(Tm3+)能级标注浅议[J]. 杜戈果. 大学物理. 2007(12)
[7]Lasing characteristics of strongly pumped Yb-doped photonic crystal fiber laser[J]. 李康,王屹山,赵卫,陈国夫,彭钦军,崔大复,许祖彦. Chinese Optics Letters. 2007(06)
[8]弯曲直径对多模光纤激光器输出性能的影响[J]. 李立波,楼祺洪,周军,董景星,魏运荣,李进延. 中国激光. 2007(03)
[9]布氏角放置的双折射滤光片在腔内倍频中的作用[J]. 程光华,王屹山,于连君,赵卫,陈国夫. 光学学报. 2004(02)
[10]腔内有双折射滤光片的激光实际线宽[J]. 程光华,董淑福,王屹山,刘青,于连君,赵卫,陈国夫. 光子学报. 2003(07)
博士论文
[1]高功率全光纤激光器光纤耦合关键技术研究[D]. 董繁龙.北京工业大学 2016
[2]大功率光纤端帽和光纤功率合束器研究[D]. 周旋风.国防科学技术大学 2016
[3]高效率光纤合束器关键技术研究[D]. 周航.国防科学技术大学 2015
硕士论文
[1]大功率掺铥光纤激光器中受激布里渊散射特性的研究[D]. 戚涛.北京交通大学 2014
[2]MOPA结构大模场掺铥光纤激光器的理论与实验研究[D]. 朱亚东.国防科学技术大学 2013
[3]包层泵浦掺Tm3+光纤激光器及放大器的研究[D]. 周惠.哈尔滨工业大学 2008
[4]Lyot型石英晶体双折射滤光片特性研究[D]. 穆廷魁.曲阜师范大学 2007
[5]可调谐紫翠宝石激光器与调Q技术实验研究[D]. 王世英.长春理工大学 2003
本文编号：2955668
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１－１?２［ｉｍ激光的应用：（ａ）红外对抗；（ｂ）生化检测；（ｃ）激光雷达；（ｄ）肿瘤切割??Ｆｉｇｕｒｅ?１－１－１?Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?２｜ｉｍ?ｌａｓｅｒ：（ａ）ｉｎｆｒａｒｅｄ?ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅ；（ｂ）ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ??
值功率、斜率效率、线宽分别为２０Ｗ、６３％、０．３ｎｍ。通过角，其实现了?１９４７ｎｍ？２１０８ｍｎ的波长调谐范围，ｎｍ范围内的输出功率均大于６０Ｗ［⑴。??课题组Ｔ．Ｓ．Ｍｃｃｏｍｂ等人利用ＭＯＰＡ结构又实现了?２００Ｗ其相应的阈值功率、输出线宽、斜率效率分别为２４．６Ｗ、２改变Ｌｉｔｔｒｏｗ式衍射光栅的旋转角，实现了?１９２７ｎｍ？２０９７ｎｍ美国中佛罗里达大学Ｔ．Ｓ．Ｍｃｃｏｍｂ等人又实现了基于ＶＢＧ光器。该激光器通过包层泵浦技术实现了?１５９Ｗ的最大输为２０５２．５ｎｍ。同时相应的阈值功率、输出线宽、斜率效率?２０Ｗ、１．２ｎｍ、５４％、１９４９ｎｍ？２０５２．５ｎｍ［１３］。??美国ＡｄＶａｌｕｅ?Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ公司Ｊ．Ｇｅｎｇ等人使用１．５６，光纤的ＴＤＦ，并在激光腔内插入法布里珀罗可调滤波器，如图／全光纤激光器在］８４０ｎｍ？２０４０ｎｍ范围内的波长调谐，激［｜４］。??■??Ｍｉｒｒｏｒ??
图１－１－３?２ｐｍ全光纤波长选择激光器原理示意图ｔ｜４］??ｉｇｕｒｅ?１－１－３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ａｎ?ａｌｌ－ｆｉｂｅｒ?ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ－ｓｗｅｐｔ?ｌａｓｅｒ?ｎｅａｒ?２（ｘｎＶ１４］??，英国南安普顿大学Ｍ．Ｔｏｋｕｒａｋａｗａ等人报道了波长调谐范围纤激光器。该激光器中分別采用１５６５ｎｍ掺Ｅｒ３＋光纤放大器对纤进行纤芯泵浦以及采用７９３ｎｍＬＤ泵浦源对长３ｍ的掺Ｔｍ并在激光腔内加入衍射光栅和多角旋转镜，这两种泵浦方调谐范围分别为１７３０ｎｍ？２０００ｎｍ和］９４０ｎｍ？２１００ｎｍ，总０ｎｍ￣２０８０ｎｍｌ｜５］。??英国南安普顿大学Ｚ．?Ｌｉ等人采用中心波长１５５０ｎｍ的光纤ｍ３＋光纤进行双端纤芯泵浦，并利用衍射光栅滤波器的波长波长进行控制，最终激光器实现的波长调谐范围为１８２０ｎｍ？率、阈值功率、斜率效率分别为７２ｍＷ、１２５ｍＷ、２６％［｜６］，英国南安普顿大学Ｄａｎｉｅ丨等人采用光纤布拉格光栅实ｎｍ的可调谐掺Ｔｍ３＋光纤激光器，其能够实现的最大输
【参考文献】：
期刊论文
[1]高功率包层光剥离器最新研究进展[J]. 孙静,邹淑珍,陈寒,于海娟,王旭葆,林学春. 激光与光电子学进展. 2017(11)
[2]2μm高功率掺铥光纤激光器研究进展[J]. 王郡婕. 激光杂志. 2015(08)
[3]High-power and widely tunable Tm-doped fiber laser at 2 μm[J]. 郭成正,沈德元,龙井字,汪飞. Chinese Optics Letters. 2012(09)
[4]可调谐掺铥双包层光纤激光器实验研究[J]. 杜戈果,胡辉,闫培光,赵俊清,郭春雨. 深圳大学学报(理工版). 2011(02)
[5]2μm掺Tm3+石英光纤激光器的泵浦效率分析和研究进展[J]. 龙井宇,白晋涛,任兆玉,杨凯. 激光杂志. 2009(04)
[6]铥离子(Tm3+)能级标注浅议[J]. 杜戈果. 大学物理. 2007(12)
[7]Lasing characteristics of strongly pumped Yb-doped photonic crystal fiber laser[J]. 李康,王屹山,赵卫,陈国夫,彭钦军,崔大复,许祖彦. Chinese Optics Letters. 2007(06)
[8]弯曲直径对多模光纤激光器输出性能的影响[J]. 李立波,楼祺洪,周军,董景星,魏运荣,李进延. 中国激光. 2007(03)
[9]布氏角放置的双折射滤光片在腔内倍频中的作用[J]. 程光华,王屹山,于连君,赵卫,陈国夫. 光学学报. 2004(02)
[10]腔内有双折射滤光片的激光实际线宽[J]. 程光华,董淑福,王屹山,刘青,于连君,赵卫,陈国夫. 光子学报. 2003(07)
博士论文
[1]高功率全光纤激光器光纤耦合关键技术研究[D]. 董繁龙.北京工业大学 2016
[2]大功率光纤端帽和光纤功率合束器研究[D]. 周旋风.国防科学技术大学 2016
[3]高效率光纤合束器关键技术研究[D]. 周航.国防科学技术大学 2015
硕士论文
[1]大功率掺铥光纤激光器中受激布里渊散射特性的研究[D]. 戚涛.北京交通大学 2014
[2]MOPA结构大模场掺铥光纤激光器的理论与实验研究[D]. 朱亚东.国防科学技术大学 2013
[3]包层泵浦掺Tm3+光纤激光器及放大器的研究[D]. 周惠.哈尔滨工业大学 2008
[4]Lyot型石英晶体双折射滤光片特性研究[D]. 穆廷魁.曲阜师范大学 2007
[5]可调谐紫翠宝石激光器与调Q技术实验研究[D]. 王世英.长春理工大学 2003
本文编号：2955668
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