基于复合式F-P腔的Er 3+ ：ZBLAN双波段光纤激光器的研究
发布时间：2021-05-06 11:53
3μm和2μm波段的中红外激光在激光探测、光电对抗、空间通信、科研实验等方面拥有良好的应用前景。在医疗外科手术方面,由于水在2.8μm和1.6μm波段处各有一个吸收峰,2.8μm激光可用来进行组织精准切割,1.6μm激光可以凝结止血,因此包含此两种成分的激光束可以用在外科微创手术中。目前通用的获得2.8μm和1.6μm激光束的方法是采用两个独立的激光器进行相干合束。此方案系统结构复杂,体积庞大,成本较高,可靠性低。本文采用级联振荡的方式,研制出单一工作介质输出2.8μm/1.6μm双波段的光纤激光器。论文在研究2.8μm/1.6μm双波段激光器运行机理的基础上,开展了以下研究和实验。首先,基于速率方程和Er3+离子的能级体系建立完整的数学模型,利用MATLAB对模型进行仿真计算。为提高仿真精确度,创新性地编写遗传算法对模型进行求解,得到合适的Er3+:ZBLAN光纤激光器各部分参数。其次,以仿真计算结果为参考,设计和搭建了单泵浦源、单工作介质的Er3+:ZBLAN光纤激光器。采用波长为976nm的LD,反向泵浦掺杂浓度为...
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究目的及意义
1.2 国内外研究近况
1.3 论文主要研究内容
第2章 光纤激光器的理论基础
2.1 Er~(3+)离子能级结构
2.2 Er~(3+)离子光谱特性
2.3 理论模型
2.3.1 低掺杂Er~(3+):ZBLAN光纤激光器速率方程
2.4 光纤激光器的基础技术
2.4.1 双包层掺铒氟化物光纤结构特性
2.4.2 谐振腔结构
2.4.3 双包层光纤激光器的泵浦耦合技术
2.5 本章小结
第3章 Er~(3+):ZBLAN光纤激光器的仿真研究
3.1 仿真求解算法
3.2 仿真结果及讨论
3.2.1 光纤长度优化
3.2.2 掺杂浓度的优化
3.2.3 ESA与 ETU过程对激光器性能的影响
3.2.4 输出端反射率的优化
3.2.5 泵浦参数优化
3.3 本章小结
第4章 Er~(3+):ZBLAN光纤激光器的实验研究
4.1 实验装置研究
4.2 实验结果与分析
4.3 猪表皮消融实验
4.3.1 实验材料
4.3.2 实验步骤
4.3.3 激光在皮肤组织表面作用的评价标准
4.3.4 实验结果分析
4.4 与10.6μm的CO_2激光对猪表皮的热影响区域对比
4.5 本章小结
第5章 总结
5.1 研究工作总结
5.2 问题与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]3μm波长Er:ZBLAN光纤激光器研究进展[J]. 张新,舒世立,佟存柱. 光电工程. 2019(08)
[2]342W全光纤结构窄线宽连续掺铥光纤激光器[J]. 刘江,刘晨,师红星,王璞. 物理学报. 2016(19)
[3]10W级高效率单模中红外2.8μm光纤激光器[J]. 沈炎龙,黄珂,周松青,栾昆鹏,朱峰,谌鸿伟,于力,易爱平,冯国斌,叶锡生. 中国激光. 2015(05)
[4]LD泵浦瓦级单模高掺铒中红外光纤激光器（英文）[J]. 沈炎龙,黄珂,朱峰,于力,王飞,何中敏,姜畅,冯国斌,易爱平,叶锡生. 光子学报. 2014(03)
[5]All-fiberized Tm-doped fiber MOPA with 30-W output power[J]. 吕海斌,周朴,肖虎,王小林,姜宗福. Chinese Optics Letters. 2012(05)
[6]瓦级连续波2.8μm中红外Er:ZBLAN光纤激光器[J]. 黄园芳,彭跃峰,魏星斌,高剑蓉,李德明. 中国激光. 2012(05)
[7]历尽艰辛 锐意创新——中国第一台红宝石激光器的研制[J]. 陈崇斌,孙洪庆. 中国科技史杂志. 2009(03)
[8]Ho3+:ZBLAN光纤中的3μm与2μm级联振荡辐射[J]. 董淑福,门健,张锐,陈国夫. 空军工程大学学报(自然科学版). 2006(01)
[9]医用3μm与2μm级联振荡钬光纤激光器的工作原理与初步设计[J]. 董淑福,陈国夫,王贤华,赵卫,武自录,王屹山. 光子学报. 2002(12)
[10]激光和生物组织的光热作用及临床应用[J]. 杨玉东,张翼,王震,梁勇. 激光生物学报. 2002(01)
硕士论文
[1]构建再细胞化组织工程皮肤用于损伤修复的研究[D]. 郭宝林.军事科学院 2018
[2]双波段掺铒氟化物光纤激光器研究[D]. 白冲冲.长春理工大学 2018
[3]稀土离子掺杂氟化物玻璃的中红外发光特性研究[D]. 晏明.天津理工大学 2017
[4]高功率和高能量中红外光纤激光器的理论和实验研究[D]. 王乐乐.电子科技大学 2016
[5]红外微脉冲激光雷达系统研制[D]. 黄春红.中国海洋大学 2011
本文编号：3171875
【文章来源】：长春理工大学吉林省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 研究目的及意义
1.2 国内外研究近况
1.3 论文主要研究内容
第2章 光纤激光器的理论基础
2.1 Er~(3+)离子能级结构
2.2 Er~(3+)离子光谱特性
2.3 理论模型
2.3.1 低掺杂Er~(3+):ZBLAN光纤激光器速率方程
2.4 光纤激光器的基础技术
2.4.1 双包层掺铒氟化物光纤结构特性
2.4.2 谐振腔结构
2.4.3 双包层光纤激光器的泵浦耦合技术
2.5 本章小结
第3章 Er~(3+):ZBLAN光纤激光器的仿真研究
3.1 仿真求解算法
3.2 仿真结果及讨论
3.2.1 光纤长度优化
3.2.2 掺杂浓度的优化
3.2.3 ESA与 ETU过程对激光器性能的影响
3.2.4 输出端反射率的优化
3.2.5 泵浦参数优化
3.3 本章小结
第4章 Er~(3+):ZBLAN光纤激光器的实验研究
4.1 实验装置研究
4.2 实验结果与分析
4.3 猪表皮消融实验
4.3.1 实验材料
4.3.2 实验步骤
4.3.3 激光在皮肤组织表面作用的评价标准
4.3.4 实验结果分析
4.4 与10.6μm的CO_2激光对猪表皮的热影响区域对比
4.5 本章小结
第5章 总结
5.1 研究工作总结
5.2 问题与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]3μm波长Er:ZBLAN光纤激光器研究进展[J]. 张新,舒世立,佟存柱. 光电工程. 2019(08)
[2]342W全光纤结构窄线宽连续掺铥光纤激光器[J]. 刘江,刘晨,师红星,王璞. 物理学报. 2016(19)
[3]10W级高效率单模中红外2.8μm光纤激光器[J]. 沈炎龙,黄珂,周松青,栾昆鹏,朱峰,谌鸿伟,于力,易爱平,冯国斌,叶锡生. 中国激光. 2015(05)
[4]LD泵浦瓦级单模高掺铒中红外光纤激光器（英文）[J]. 沈炎龙,黄珂,朱峰,于力,王飞,何中敏,姜畅,冯国斌,易爱平,叶锡生. 光子学报. 2014(03)
[5]All-fiberized Tm-doped fiber MOPA with 30-W output power[J]. 吕海斌,周朴,肖虎,王小林,姜宗福. Chinese Optics Letters. 2012(05)
[6]瓦级连续波2.8μm中红外Er:ZBLAN光纤激光器[J]. 黄园芳,彭跃峰,魏星斌,高剑蓉,李德明. 中国激光. 2012(05)
[7]历尽艰辛 锐意创新——中国第一台红宝石激光器的研制[J]. 陈崇斌,孙洪庆. 中国科技史杂志. 2009(03)
[8]Ho3+:ZBLAN光纤中的3μm与2μm级联振荡辐射[J]. 董淑福,门健,张锐,陈国夫. 空军工程大学学报(自然科学版). 2006(01)
[9]医用3μm与2μm级联振荡钬光纤激光器的工作原理与初步设计[J]. 董淑福,陈国夫,王贤华,赵卫,武自录,王屹山. 光子学报. 2002(12)
[10]激光和生物组织的光热作用及临床应用[J]. 杨玉东,张翼,王震,梁勇. 激光生物学报. 2002(01)
硕士论文
[1]构建再细胞化组织工程皮肤用于损伤修复的研究[D]. 郭宝林.军事科学院 2018
[2]双波段掺铒氟化物光纤激光器研究[D]. 白冲冲.长春理工大学 2018
[3]稀土离子掺杂氟化物玻璃的中红外发光特性研究[D]. 晏明.天津理工大学 2017
[4]高功率和高能量中红外光纤激光器的理论和实验研究[D]. 王乐乐.电子科技大学 2016
[5]红外微脉冲激光雷达系统研制[D]. 黄春红.中国海洋大学 2011
本文编号：3171875
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