高功率光纤激光模式控制关键技术研究

发布时间：2021-12-12 07:15

　　热致模式不稳定TMI（Transverse mode instability,简称TMI）已成为制约近衍射极限激光功率提升的首要瓶颈,本文以高功率光纤放大器中模式控制为研究对象,从弯曲光纤放大器的TMI机理入手,建立了弯曲光纤放大器中的热致折射率变化理论模型、弯曲光纤放大器的TMI理论模型、弯曲光纤放大器中受激拉曼散射效应（Stimulated Raman scattering,简称SRS）引起的TMI理论模型以及多波长泵浦弯曲光纤放大器的TMI理论模型,并提出采用915 nm和976 nm的波谱合束多波长LD后向泵浦光纤放大器,以抑制高功率光纤放大器的TMI,实现更高功率近衍射极限光纤激光输出。论文主要的内容和结论如下:一、弯曲增益光纤中的热致模式弯曲损耗变化及对光纤放大器输出特性影响的理论研究首先,本文结合热传导方程和保角变换,建立了弯曲增益光纤中热致折射率变化的理论模型,首次实现了对弯曲增益光纤中热致模式弯曲损耗的求解。其次,数值模拟了常规阶跃折射率20/400增益光纤中的热致弯曲损耗变化及其对有效单模运转条件的影响。仿真结果表明,热致折射率变化会引起基模（Fundamental... 

【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】：131 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 连续高功率掺镱光纤激光的发展现状与瓶颈因素
        1.1.1 高功率连续掺镱光纤激光的发展与现状
        1.1.2 高功率掺镱光纤激光的面临的瓶颈因素
    1.2 抑制TMI的模式控制技术
        1.2.1 基于光纤设计的模式控制技术
        1.2.2 基于激光器设计的模式控制技术
    1.3 高功率泵浦情况下通过弯曲光纤实现模式控制面临的问题
        1.3.1 热致折射率变化引起的模式弯曲损耗改变
        1.3.2 弯曲光纤放大器的TMI
        1.3.3 SRS引起的TMI
        1.3.4 多波长泵浦情况下的TMI
    1.4 论文的主要内容和结构安排
第二章 LMA增益光纤中的热致弯曲损耗变化及对光纤放大器输出特性的影响
    2.1 弯曲增益光纤热致折射率变化的理论模型
        2.1.1 增益光纤中的温度场和热致折射率分布
        2.1.2 弯曲引起的热致折射率变化
    2.2 LMA增益光纤中热致弯曲损耗变化
        2.2.1 20 /400 LMA双包层光纤中的热致弯曲损耗变化数值模拟
        2.2.2 考虑热致模式损耗变化的有效单模运转条件
    2.3 热致弯曲损耗变化对弯曲光纤放大器输出特性的影响
        2.3.1 考虑热致模式损耗变化的光纤放大器增益竞争理论模型
        2.3.2 热致模式损耗变化对弯曲光纤放大器输出特性影响的数值模拟..
        2.3.3 螺旋盘绕型光纤放大器输出特性理论研究
    2.4 本章小结
第三章 弯曲光纤放大器的TMI理论和实验研究
    3.1 弯曲光纤放大器中的TMI理论模型
        3.1.1 弯曲光纤放大器中的波动方程理论模型
        3.1.2 基于局部模式的光纤放大器耦合模方程理论模型
    3.2 弯曲光纤放大器中TMI数值模拟
        3.2.1 前向泵浦光纤放大器中TMI的数值模拟
        3.2.2 后向泵浦光纤放大器中TMI的数值模拟
    3.3 弯曲光纤放大器的TMI实验研究
        3.3.1 热致纤芯激光泄露现象的实验研究
        3.3.2 基于后向泵浦结构抑制热致纤芯激光泄露现象的实验研究
    3.4 本章小结
第四章 弯曲光纤放大器中SRS引起TMI的理论研究
    4.1 弯曲光纤放大器中SRS引起TMI的理论模型
        4.1.1 考虑SRS效应的弯曲光纤放大器波动方程
        4.1.2 考虑SRS效应的弯曲光纤放大器耦合模方程
    4.2 前向泵浦弯曲光纤放大器中SRS引起TMI的数值模拟
        4.2.1 前向泵浦光纤放大器中SRS引起的TMI数值模拟
        4.2.2 SRS引起TMI的物理过程分析
    4.3 弯曲光纤放大器中影响SRS引起TMI的因素
        4.3.1 增益光纤长度对弯曲光纤放大器中SRS引起TMI的影响
        4.3.2 种子光功率对放大器中TMI的影响
        4.3.3 泵浦方式对放大器中TMI的影响
    4.4 本章小结
第五章 多波长泵浦弯曲光纤放大器中TMI的理论和实验研究
    5.1 多波长泵浦情况下的TMI理论模型
        5.1.1 掺镱光纤中的速率方程理论模型
        5.1.2 多波长泵浦情况下的小信号增益和饱和光强
    5.2 多波长前向泵浦弯曲光纤放大器中TMI的数值模拟和实验研究
        5.2.1 多波长前向泵浦弯曲光纤放大器中的TMI数值模拟
        5.2.2 多波长前向泵浦弯曲光纤放大器中的TMI实验研究
    5.3 多波长后向泵浦光纤放大器中TMI的理论研究
        5.3.1 915 nm后向泵浦光纤放大器中的TMI数值模拟
        5.3.2 976 nm后向泵浦光纤放大器中的TMI数值模拟
        5.3.3 基于915nm和 976nm的波谱合束多波长LD后向泵浦放大器中 TMI的数值模拟
    5.4 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]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]Experimental demonstration of transverse mode instability enhancement by a counter-pumped scheme in a 2 kW all-fiberized laser[J]. ZEBIAO LI,ZHIHUA HUANG,XIAOYU XIANG,XIAOBAO LIANG,HONGHUAN LIN,SHANHUI XU,ZHONGMIN YANG,JIANJUN WANG,FENG JING.  Photonics Research. 2017(02)
[3]全光纤结构2kW准单模光纤激光器[J]. 刘泽金,冷进勇,郭少锋,王文亮,黄良金,曹涧秋,司磊,许晓军,陈金宝.  中国激光. 2013(09)
[4]1.6kW全光纤掺镱激光器[J]. 闫平,肖起榕,付晨,王亚平,巩马理.  中国激光. 2012(04)
[5]高功率光纤激光器抽运耦合技术的现状和发展[J]. 李杰,陈子伦,周航,郭少锋,许晓军.  激光与光电子学进展. 2012(02)
[6]光纤激光器的发展与应用[J]. 侯蓝田,韩颖.  燕山大学学报. 2011(02)
[7]大模场光纤研究的新进展[J]. 廖素英,巩马理.  红外与激光工程. 2011(03)
[8]1000W全光纤激光器[J]. 段开椋,赵保银,赵卫,王屹山,周良.  中国激光. 2009(12)
[9]掺杂分布对多模光纤放大器输出特性的影响[J]. 陈爽,冯莹,王玲.  光电工程. 2009(04)
[10]高功率光纤激光器和放大器的非线性效应管理新进展[J]. 廖素英,巩马理.  激光与光电子学进展. 2007(06)

博士论文
[1]大功率光纤激光器受激拉曼散射研究[D]. 王文亮.国防科学技术大学 2014



本文编号：3536241