高功率光纤激光器中自脉冲效应的产生及其抑制研究
发布时间：2021-07-23 12:50
光纤激光器具有亮度高、结构紧凑、稳定性好和热管理方便等突出优势,近年来,在工业、国防和医疗等领域获得了日益广泛的应用。目前连续光纤激光系统的输出激光中普遍存在自脉冲效应,即在无调制器件的连续光纤激光器输出激光中出现随机大幅振荡脉冲序列的现象。自脉冲效应将会导致光纤激光器的非线性效应阈值降低、输出稳定性下降,制约了光纤激光器输出性能的提升。目前,关于自脉冲效应的研究较少,特别是自锁模脉冲（SML）尚没有完备的产生机理和可行的抑制方案。为此,本论文将对连续掺镱光纤激光器中自脉冲效应的形成机理与抑制方法展开全面的理论分析和实验研究,主要内容包括。一、光纤振荡器中自脉冲效应产生机理的理论分析与实验研究1.1光纤振荡器中自锁模脉冲产生机理与强度表征首先,利用非线性薛定谔方程,并结合纵模叠加的研究思路,建立了多纵模稳态运转光纤激光器输出时序的理论模型;其次,设计了解析微扰数值算法,对光纤振荡器中自脉冲的形成机理进行了数值仿真,首次从理论上揭示了光纤振荡器内多纵模叠加形成自锁模脉冲的物理过程;最后,针对光纤振荡器中自脉冲强度分布的时域特征,首次提出采用输出时序的归一化极差、归一化标准差和概率密度分布...
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 高功率光纤连续激光光源
1.1.1 高功率光纤激光器概述与研究进展
1.1.2 高功率光纤激光光源的应用
1.1.3 高功率光纤连续激光器功率与性能提升的制约因素
1.2 光纤激光器中自脉冲效应的研究进展
1.2.1 光纤激光系统中自脉冲效应形成机理的研究进展
1.2.2 自脉冲效应对光纤激光系统的影响
1.2.3 光纤激光自脉冲抑制技术的研究进展
1.3 论文的主要内容和结构安排
第二章 光纤激光器中自脉冲形成机理的理论研究
2.1 多纵模稳态运转光纤激光器输出时序的理论模型
2.1.1 基于纵模叠加的基本模型
2.1.2 纵模相位演化与耦合方程
2.1.3 解析微扰算法设计
2.1.4 数值模拟结果初步分析
2.2 多纵模稳态运转光纤激光器输出时序仿真分析与自脉冲的强度表征
2.2.1 光纤激光中自脉冲的测量过程与强度表征
2.2.2 影响光纤振荡器输出时序的因素
2.3 本章小结
第三章 光纤激光器中自脉冲形成机理的实验研究
3.1 光纤光栅的设计与制备
3.1.1 光纤光栅的工作原理与参数设计
3.1.2 基于准分子激光器的光纤光栅刻写平台与工艺流程
3.2 光纤振荡器参数对自脉冲效应影响的实验研究
3.2.1 光纤振荡器输出时域特性实验研究平台
3.2.2 光纤振荡器FBG反射带宽与功率对输出时序影响的实验分析
3.2.3 光纤振荡器腔长对输出时序影响的实验分析
3.4 本章小结
第四章 基于FBG光谱整形的光纤激光器自脉冲抑制研究
4.1 基于FBG光谱整形的自脉冲抑制方案设计与实验研究
4.1.1 光谱形状对振荡器输出时序影响的仿真分析
4.1.2 OC-FBG光谱设计与光纤振荡器自脉冲抑制实验研究平台
4.1.3 基于FBG光谱整形的自脉冲抑制实验研究结果与分析
4.1.4 基于光栅光谱整形自脉冲抑制技术的优化与高功率应用的讨论
4.2 基于FBG光谱整形自脉冲抑制技术的拓展研究
4.2.1 传输过程对光纤振荡器输出时序影响的实验研究
4.2.2 基于FBG光谱整形自脉冲抑制技术的SRS效应抑制实验探究
4.3 本章小结
第五章 基于腔外反馈的高功率光纤振荡器自脉冲抑制技术研究
5.1 基于腔外反馈的自脉冲抑制方案设计与实验验证
5.1.1 腔外反馈对光纤振荡器自脉冲效应影响的仿真分析
5.1.2 基于腔外反馈的自脉冲抑制方案设计与实验研究平台
5.1.3 不同带宽的腔外反馈对振荡器自脉冲效应的抑制效果分析
5.2 基于腔外反馈的时域稳定高功率光纤振荡器
5.2.1 基于腔外反馈的时域稳定高功率光纤振荡器结构设计
5.2.2 时域稳定高功率光纤振荡器输出特性分析
5.2.3 基于腔外反馈自脉冲抑制技术应用于高功率光纤振荡器的讨论
5.3 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 论文的主要工作
6.2 论文的主要创新点
6.3 论文的不足及后续工作展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]4.05kW monolithic fiber laser oscillator based on home-made large mode area fiber Bragg gratings[J]. 杨保来,张汉伟,叶青,皮浩洋,史尘,陶汝茂,王小林,许晓军. Chinese Optics Letters. 2018(03)
[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]大功率光纤激光材料与器件关键技术研究进展[J]. 杨昌盛,徐善辉,周军,何兵,杨依枫,渠红伟,赵智德,杨中民. 中国科学:技术科学. 2017(10)
[4]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)
[5]基于亮度的激光光束合成系统性能[J]. 姜曼,马鹏飞,周朴,刘泽金. 光学学报. 2017(07)
[6]全光纤化自脉冲抑制的连续稳定运转掺镱光纤激光器[J]. 赵翔,郑也,柏刚,杨依枫,陈晓龙,漆云凤,何兵,周军. 红外. 2017(03)
[7]美军武器级光纤激光器研究进展[J]. 陈军燕,卢慧玲,杨春才. 飞航导弹. 2016(01)
[8]国产光纤实现直接抽运全光纤化3000W级激光输出[J]. 王雪娇,肖起榕,闫平,陈霄,李丹,杜城,莫琦,衣永青,潘蓉,巩马理. 物理学报. 2015(16)
[9]1.3 kW monolithic linearly polarized single-mode master oscillator power amplifier and strategies for mitigating mode instabilities[J]. Rumao Tao,Pengfei Ma,Xiaolin Wang,Pu Zhou,Zejin Liu. Photonics Research. 2015(03)
[10]2.14kW级联泵浦光纤放大器[J]. 肖虎,冷进勇,张汉伟,黄良金,郭少锋,周朴,陈金宝. 强激光与粒子束. 2015(01)
博士论文
[1]耐高温光纤光栅的飞秒激光制备及其应用研究[D]. 陈超.吉林大学 2014
[2]掺镱光纤激光级联泵浦技术研究[D]. 肖虎.国防科学技术大学 2012
[3]光纤光栅器件及传感应用研究[D]. 邵理阳.浙江大学 2008
本文编号：3299322
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 高功率光纤连续激光光源
1.1.1 高功率光纤激光器概述与研究进展
1.1.2 高功率光纤激光光源的应用
1.1.3 高功率光纤连续激光器功率与性能提升的制约因素
1.2 光纤激光器中自脉冲效应的研究进展
1.2.1 光纤激光系统中自脉冲效应形成机理的研究进展
1.2.2 自脉冲效应对光纤激光系统的影响
1.2.3 光纤激光自脉冲抑制技术的研究进展
1.3 论文的主要内容和结构安排
第二章 光纤激光器中自脉冲形成机理的理论研究
2.1 多纵模稳态运转光纤激光器输出时序的理论模型
2.1.1 基于纵模叠加的基本模型
2.1.2 纵模相位演化与耦合方程
2.1.3 解析微扰算法设计
2.1.4 数值模拟结果初步分析
2.2 多纵模稳态运转光纤激光器输出时序仿真分析与自脉冲的强度表征
2.2.1 光纤激光中自脉冲的测量过程与强度表征
2.2.2 影响光纤振荡器输出时序的因素
2.3 本章小结
第三章 光纤激光器中自脉冲形成机理的实验研究
3.1 光纤光栅的设计与制备
3.1.1 光纤光栅的工作原理与参数设计
3.1.2 基于准分子激光器的光纤光栅刻写平台与工艺流程
3.2 光纤振荡器参数对自脉冲效应影响的实验研究
3.2.1 光纤振荡器输出时域特性实验研究平台
3.2.2 光纤振荡器FBG反射带宽与功率对输出时序影响的实验分析
3.2.3 光纤振荡器腔长对输出时序影响的实验分析
3.4 本章小结
第四章 基于FBG光谱整形的光纤激光器自脉冲抑制研究
4.1 基于FBG光谱整形的自脉冲抑制方案设计与实验研究
4.1.1 光谱形状对振荡器输出时序影响的仿真分析
4.1.2 OC-FBG光谱设计与光纤振荡器自脉冲抑制实验研究平台
4.1.3 基于FBG光谱整形的自脉冲抑制实验研究结果与分析
4.1.4 基于光栅光谱整形自脉冲抑制技术的优化与高功率应用的讨论
4.2 基于FBG光谱整形自脉冲抑制技术的拓展研究
4.2.1 传输过程对光纤振荡器输出时序影响的实验研究
4.2.2 基于FBG光谱整形自脉冲抑制技术的SRS效应抑制实验探究
4.3 本章小结
第五章 基于腔外反馈的高功率光纤振荡器自脉冲抑制技术研究
5.1 基于腔外反馈的自脉冲抑制方案设计与实验验证
5.1.1 腔外反馈对光纤振荡器自脉冲效应影响的仿真分析
5.1.2 基于腔外反馈的自脉冲抑制方案设计与实验研究平台
5.1.3 不同带宽的腔外反馈对振荡器自脉冲效应的抑制效果分析
5.2 基于腔外反馈的时域稳定高功率光纤振荡器
5.2.1 基于腔外反馈的时域稳定高功率光纤振荡器结构设计
5.2.2 时域稳定高功率光纤振荡器输出特性分析
5.2.3 基于腔外反馈自脉冲抑制技术应用于高功率光纤振荡器的讨论
5.3 本章小结
第六章 结论与展望
6.1 论文的主要工作
6.2 论文的主要创新点
6.3 论文的不足及后续工作展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]4.05kW monolithic fiber laser oscillator based on home-made large mode area fiber Bragg gratings[J]. 杨保来,张汉伟,叶青,皮浩洋,史尘,陶汝茂,王小林,许晓军. Chinese Optics Letters. 2018(03)
[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]大功率光纤激光材料与器件关键技术研究进展[J]. 杨昌盛,徐善辉,周军,何兵,杨依枫,渠红伟,赵智德,杨中民. 中国科学:技术科学. 2017(10)
[4]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)
[5]基于亮度的激光光束合成系统性能[J]. 姜曼,马鹏飞,周朴,刘泽金. 光学学报. 2017(07)
[6]全光纤化自脉冲抑制的连续稳定运转掺镱光纤激光器[J]. 赵翔,郑也,柏刚,杨依枫,陈晓龙,漆云凤,何兵,周军. 红外. 2017(03)
[7]美军武器级光纤激光器研究进展[J]. 陈军燕,卢慧玲,杨春才. 飞航导弹. 2016(01)
[8]国产光纤实现直接抽运全光纤化3000W级激光输出[J]. 王雪娇,肖起榕,闫平,陈霄,李丹,杜城,莫琦,衣永青,潘蓉,巩马理. 物理学报. 2015(16)
[9]1.3 kW monolithic linearly polarized single-mode master oscillator power amplifier and strategies for mitigating mode instabilities[J]. Rumao Tao,Pengfei Ma,Xiaolin Wang,Pu Zhou,Zejin Liu. Photonics Research. 2015(03)
[10]2.14kW级联泵浦光纤放大器[J]. 肖虎,冷进勇,张汉伟,黄良金,郭少锋,周朴,陈金宝. 强激光与粒子束. 2015(01)
博士论文
[1]耐高温光纤光栅的飞秒激光制备及其应用研究[D]. 陈超.吉林大学 2014
[2]掺镱光纤激光级联泵浦技术研究[D]. 肖虎.国防科学技术大学 2012
[3]光纤光栅器件及传感应用研究[D]. 邵理阳.浙江大学 2008
本文编号：3299322
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