掺镱光纤激光器和超荧光光纤光源的关键技术研究

发布时间：2017-05-06 20:00

  本文关键词：掺镱光纤激光器和超荧光光纤光源的关键技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：与传统的固体激光器相比,光纤激光器具有更好的光束质量、更高的转换效率、整体结构紧凑并且方便热控管理,已在光通信、光传感、工业加工、激光医疗、航空航天和激光武器等领域具有广泛的应用。超荧光光纤光源作为宽带光源,因其温度稳定性好、输出功率高和光谱谱线宽等优势,比超发光二极管(SLD)具有更好的空间相干性和低的时间相干性,被广泛应用在光纤陀螺仪、光学层析成像、拉曼激光器光源以及某些信号处理系统中。本文基于掺镱光纤,从理论和实验两方面,对掺镱双包层光纤激光器和掺镱超荧光光纤光源进行了深入的研究,设计并实现了输出波长为1018nm的掺镱双包层光纤激光器,并以此作为泵浦源,首次实现了同带纤芯泵浦下的超荧光光纤光源输出,为今后超荧光光纤光源的研制提供了新的思路。论文完成的主要工作如下：第一,结合掺镱光纤激光器的工作原理与光功率传输方程,在给定的光纤参数下,利用Matlab仿真了泵浦光波长、泵浦方式、光纤长度和谐振腔后腔镜反射率分布对光纤激光的输出功率的影响。第二,结合掺镱超荧光光纤光源的工作原理与功率传输方程,给出了产生寄生振荡的阈值条件。利用RP Fiber Power仿真了不同泵浦方式、光纤长度对超荧光输出功率及光谱的影响,并就光纤端面反射率对SFS的影响进行了分析。第三,利用实验室现有条件,将波长为976nm的半导体二极管作为泵浦源,设计并实现了输出波长为1018nm的掺镱双包层光纤激光器。当泵浦光功率为22.6W时,光纤激光器的最大连续输出功率为13.9W,输出波长为1018.08nm,3dB带宽为0.30nm。1018nm光纤激光器的搭建,为实现同带泵浦的超荧光光纤光源提供了可能性。第四,以1018nm光纤激光器作为泵浦源,采用纤芯泵浦方式,搭建了单程前向结构的超荧光光纤光源,首次实现了基于同带泵浦的宽带掺镱超荧光光纤光源输出。通过实验验证了不同泵浦功率和光纤长度对ASE输出功率及光谱的影响。另外作为对比,本论文采用包层泵浦方式,实现了泵源波长为976nm的超荧光光纤光源。研究了正向泵浦时,单程双向输出超荧光光源的特性,讨论了不同长度掺镱光纤对超荧光光源性能的影响。通过实验对比证明,同带泵浦方式产生的正向ASE斜率效率要高于包层泵浦方式产生的正、反向ASE,说明同带泵浦确实具有更高的量子效率,能在较短光纤长度的条件下实现较宽的ASE光谱输出。
【关键词】：光纤激光器 超荧光光纤光源 掺镱光纤 包层泵浦 同带纤芯泵浦
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN248
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-21
• 1.1 双包层光纤激光器的研究背景及发展现状11-14
• 1.1.1 研究背景11
• 1.1.2 国外发展现状11-13
• 1.1.3 国内发展现状13-14
• 1.2 双包层光纤激光器的优势及应用14-16
• 1.2.1 双包层光纤激光器的优势14-15
• 1.2.2 掺镱光纤激光器的应用15-16
• 1.3 超荧光光纤光源的研究背景及发展现状16-18
• 1.3.1 研究背景16-17
• 1.3.2 国外发展现状17
• 1.3.3 国内发展现状17-18
• 1.4 超荧光光纤光源的应用18-19
• 1.5 本论文主要研究内容19-21
• 2 掺镱光纤激光器理论研究及仿真21-35
• 2.1 掺镱光纤激光器的工作机理21-24
• 2.1.1 Yb~(3+)的能级结构21-23
• 2.1.2 Yb~(3+)的吸收和发射光谱特性23-24
• 2.2 光纤激光器速率方程和公式推导24-27
• 2.3 端面泵浦的掺镱双包层光纤激光器数值模拟分析27-34
• 2.3.1 泵浦源工作波长对激光输出功率的影响28-29
• 2.3.2 泵浦方式对激光输出的影响29-31
• 2.3.3 增益光纤长度对激光输出的影响31-33
• 2.3.4 谐振腔腔镜反射率对激光输出的影响33-34
• 2.4 本章小结34-35
• 3 掺镱超荧光光纤光源理论研究及仿真35-47
• 3.1 掺镱超荧光光纤光源的基本原理和结构分类35-37
• 3.1.1 超荧光产生的基本原理35-36
• 3.1.2 超荧光光纤光源的基本结构36-37
• 3.2 掺镱双包层光纤超荧光光源的速率方程37-38
• 3.3 端面泵浦的掺镱超荧光光纤光源的数值模拟分析38-45
• 3.3.1 泵浦方式对ASE输出功率的影响39-41
• 3.3.2 增益光纤对ASE输出功率及光谱的影响41-45
• 3.4 光纤端面反射率对超荧光光纤光源的影响45-46
• 3.5 本章小结46-47
• 4 掺镱光纤激光器及超荧光光纤光源的实验研究与结果47-73
• 4.1 全光纤结构掺镱双包层光纤激光器实验装置47-54
• 4.1.1 实验装置48-52
• 4.1.2 实验结果与分析52-54
• 4.2 同带泵浦掺镱超荧光光纤光源实验装置54-65
• 4.2.1 实验装置54-55
• 4.2.2 相关光学器件55-58
• 4.2.3 实验结果与分析58-65
• 4.3 包层泵浦掺镱超荧光光纤光源实验装置65-72
• 4.3.1 实验装置65-66
• 4.3.2 相关光学器件66-67
• 4.3.3 实验结果与分析67-72
• 4.4 本章小结72-73
• 5 结论73-77
• 参考文献77-81
• 作者简历及攻读硕士/博士学位期间取得的研究成果81-85
• 学位论文数据集85

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 杨青,俞本立,甄胜来,孙志培,吴海滨;光纤激光器的发展现状[J];光电子技术与信息;2002年05期

2 朱万彬,潘玉寨,杨庆鑫,王立军;光纤激光器的发展[J];光机电信息;2002年04期

3 晓晨;2002年光纤激光器研究与应用最新进展研讨会[J];激光与光电子学进展;2002年08期

4 谭中伟,傅永军,刘艳,宁提纲,裴丽,简水生;光纤激光器研究和进展[J];现代有线传输;2002年01期

5 谭中伟,刘艳,傅永军,宁提纲,裴丽,简水生;光纤激光器的混沌现象分析[J];中国激光;2003年04期

6 ;光纤激光器[J];光机电信息;2003年06期

7 宋晓舒;光纤激光器在空军中的应用[J];光机电信息;2003年11期

8 张德龙;具有潜在工业应用前景的光纤激光器[J];光机电信息;2004年03期

9 刘美红;共掺驱动2μm光纤激光器[J];激光与光电子学进展;2004年11期

10 陈晓燕;;光纤激光器的发展与应用[J];电子元器件应用;2004年11期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 吴文华;冉洋;熊松松;陈鑫;;光纤激光器的医疗应用研究[A];2009年先进光学技术及其应用研讨会论文集（上册）[C];2009年

2 陈晓燕;;光纤激光器的发展与应用[A];中国电子学会第十三届电子元件学术年会论文集[C];2004年

3 曲宙;李秋实;曲伟;赵崇光;;浅析高功率光纤激光器的应用[A];科技创新与节能减排——吉林省第五届科学技术学术年会论文集（上册）[C];2008年

4 闫大鹏;李成;李立波;刘晓旭;;大功率光纤激光器的产业化国产化解决方案[A];科技引领产业、支撑跨越发展——第六届湖北科技论坛论文集萃[C];2011年

5 刘俊刚;罗君;欧代永;;光纤激光器的发展动态和应用前景[A];全国第十二次光纤通信暨第十三届集成光学学术会议论文集[C];2005年

6 王志华;;光纤激光器应用综述[A];上海市激光学会2005年学术年会论文集[C];2005年

7 侯静;肖瑞;陈子伦;张斌;;3路光纤激光器阵列相干合成输出[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

8 刘艳格;董孝义;袁树忠;开桂云;刘波;付圣贵;王志;;全光纤激光器与放大器研究(特邀)[A];中国光学学会2006年学术大会论文摘要集[C];2006年

9 季恒;杨四刚;尹飞飞;谢世钟;;一种基于等效相移的新型双波长光纤激光器[A];全国第十三次光纤通信暨第十四届集成光学学术会议论文集[C];2007年

10 刘雪明;;光克尔效应的能量自稳定理论及在光纤激光器的应用[A];全国第十三次光纤通信暨第十四届集成光学学术会议论文集[C];2007年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 戴劲松;具有国际先进水平的光纤激光器问世[N];大众科技报;2007年

2 记者 涂亚卓　通讯员 廖巧玲 实习生 余笑寒;高性能光纤激光器开发成功[N];湖北日报;2008年

3 戴劲松;我国自主研发高性能光纤激光器打破国际垄断格局[N];大众科技报;2008年

4 本报记者 胡Z，

本文编号：349011