高功率连续光纤激光器全局优化的研究
发布时间：2022-02-21 06:09
光纤激光器因成本低、结构紧凑、质量高、易实现单模、散热性好等优势而应用广泛。掺镱高功率光纤激光器因掺镱光纤能级结构简单、量子亏损小、吸收与辐射截面大等优点应用于激光标刻、激光焊接、激光切割、微机械加工、激光医疗、激光核聚变、高速切削、3D打印等领域。本文围绕高功率连续光纤激光器全局优化进行了研究,获得创新性成果：1.提出了数列切换算法、优秀初始估计函数简单打靶法以及新颖简单控制策略打靶法,实现端面泵浦掺镱高功率光纤激光器的特性分析,有效解决了常规算法初始估计值设置不合理所导致的收敛性问题。基于bvp6c的数列切换法（NSTM-bvp6c）被发现优于NSTM-bvp4c和NSTM-bvp5c。在优秀的初始估计值函数中,对所有的光纤长度、掺镱离子浓度、输出信号反射率及泵浦功率,斜率效率关键估计值小于0.3。新颖简单控制策略打靶法提供了一种具有清晰物理理解的方法,通过随机函数取得泵浦阈值功率与精确解。2.提出了优秀初始估计函数打靶法、自适应打靶法、优秀估计函数MATLAB BVPs法,实现多点侧面泵浦掺镱高功率光纤激光器的特性分析,有效解决了常规算法的初始估计值设置不合理问题,且算法简单、计...
【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】：203 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 光纤激光器的应用
1.2 光纤激光器的起源与发展
1.3 高功率光纤激光器的国外研究现状
1.4 高功率光纤激光器的国内研究现状
1.5 光纤激光器的功率限制因素
1.6 提高光纤激光器功率的途径
1.6.1 光纤技术
1.6.2 泵浦耦合技术
1.6.3 相干合束技术
1.6.4 受激布里渊散射阈值提高技术
1.7 本文的主要贡献与研究内容
2 掺镱高功率光纤激光器的理论与特性分析
2.1 光纤布拉格光栅
2.1.1 布拉格光栅基本特性
2.1.2 布拉格光栅应力与温度特性
2.2 掺镱高功率光纤激光器理论模型
2.3 掺镱双包层光纤的模场特性
3 端面泵浦掺镱高功率光纤激光器的新型算法
3.1 MATLAB BVP解法器的数列切换法及应用
3.1.1 MATLAB BVP解法器的数列切换法(NSTM-BVPs)
3.1.2 MATLAB BVP解法器的数列切换法应用
3.2 优秀初始估计函数简单打靶法及应用
3.2.1 优秀初始估计函数简单打靶法
3.2.2 优秀初始估计函数简单打靶法的应用
3.3 新颖简单控制策略打靶法及应用
3.3.1 新颖简单控制策略打靶法
3.3.2 新颖简单控制策略打靶法的应用
3.4 端面反射系数快速优化算法及应用
3.4.1 端面反射系数快速优化算法
3.4.2 数据分析与讨论
3.5 本章小结
4 多点侧面泵浦掺镱高功率光纤激光器的新型算法
4.1 多点侧面泵浦掺镱高功率光纤激光器模型
4.2 优秀初始估计函数打靶法及应用
4.2.1 优秀初始估计函数打靶法
4.2.2 优秀初始估计函数打靶法应用
4.3 自适应打靶法及应用
4.3.1 4点侧面泵浦掺Yb3+高功率光纤激光器
4.3.2 自适应打靶法
4.3.3 自适应打靶法的8种情形具体推导
4.3.4 自适应打靶法的应用
4.4 优秀估计函数的MATLAB BVP解法器
4.4.1 优秀估计函数的MATLAB BVP解法器
4.4.2 优秀估计函数的MATLAB BVP解法器应用
4.5 NSTM-BVPs法的应用
4.6 本章小结
5 掺镱高功率光纤激光器的全局优化
5.1 多目标全局优化算法
5.1.1 NSGA-Ⅱ算法
5.1.2 SPEA2算法
5.2 掺镱高功率光纤激光器的全局优化
5.2.1 端面泵浦掺镱高功率光纤激光器的全局优化
5.2.2 多点侧面泵浦掺镱高功率光纤激光器的全局优化
5.3 全局优化的高功率光纤激光器实验设计应用
5.4 本章小结
6 温度依赖掺镱高功率光纤激光器的受激布里渊散射
6.1 理论模型
6.2 数据分析与讨论
6.3 本章小结
7 铒镱共掺高功率光纤激光器的简单集合优化算法
7.1 简单集合优化算法
7.2 数据分析与讨论
7.3 本章小结
8 光纤激光器的实验研究
8.1 掺镱光纤激光器的实验与理论研究
8.1.1 测量半导体激光器可输出功率
8.1.2 掺镱光纤激光器修正模型
8.1.3 实验数据分析
8.2 保偏光子晶体光纤激光器的实验研究
8.2.1 实验装置
8.2.2 实验数据分析
8.3 本章小结
9 高功率光纤激光器的关键技术
9.1 大模场面积光纤
9.1.1 单模纤芯耦合多层掺稀土环形纤芯的光纤
9.1.2 大模场面积单模菊花纤芯分布光纤
9.1.3 圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤
9.1.4 强耦合多模掺稀土环芯超亮度单模光纤激光器
9.1.5 单模有源纤芯外腔耦合多模有源纤芯超亮度单模激光器
9.2 多波段光纤激光器与放大器
9.2.1 单芯多掺稀土离子区双包层光纤
9.2.2 高功率多波段单芯光纤激光器
9.2.3 高功率多波段多层掺稀土离子环芯光纤激光器
9.2.4 高功率多波段单芯光纤放大器
9.2.5 多波段多层掺稀土离子环芯光纤放大器
9.3 光纤受激布里渊散射阈值提高装置
9.3.1 掺稀土光纤受激布里渊散射阈值提高的悬臂梁装置
9.3.2 多扇环柱体压电陶瓷的光纤受激布里渊散射阈值提高装置
9.3.3 用于光纤光栅或光纤受激布里渊散射的多维调节装置
9.4 单频主振荡高功率光纤放大器
9.4.1 提高单频高功率光纤放大器受激布里渊散射阈值的装置
9.4.2 单频光纤放大器受激布里渊散射阈值提高的双温室装置
9.4.3 用于提高光纤放大器受激布里渊散射阈值的装置
9.5 光纤激光器自组织锁相基本理论及应用
9.5.1 四光纤激光器自组织锁相基本理论
9.5.2 数据分析与讨论
9.6 本章小结
10 结论
参考文献
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
本文编号：3636657
【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】：203 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 光纤激光器的应用
1.2 光纤激光器的起源与发展
1.3 高功率光纤激光器的国外研究现状
1.4 高功率光纤激光器的国内研究现状
1.5 光纤激光器的功率限制因素
1.6 提高光纤激光器功率的途径
1.6.1 光纤技术
1.6.2 泵浦耦合技术
1.6.3 相干合束技术
1.6.4 受激布里渊散射阈值提高技术
1.7 本文的主要贡献与研究内容
2 掺镱高功率光纤激光器的理论与特性分析
2.1 光纤布拉格光栅
2.1.1 布拉格光栅基本特性
2.1.2 布拉格光栅应力与温度特性
2.2 掺镱高功率光纤激光器理论模型
2.3 掺镱双包层光纤的模场特性
3 端面泵浦掺镱高功率光纤激光器的新型算法
3.1 MATLAB BVP解法器的数列切换法及应用
3.1.1 MATLAB BVP解法器的数列切换法(NSTM-BVPs)
3.1.2 MATLAB BVP解法器的数列切换法应用
3.2 优秀初始估计函数简单打靶法及应用
3.2.1 优秀初始估计函数简单打靶法
3.2.2 优秀初始估计函数简单打靶法的应用
3.3 新颖简单控制策略打靶法及应用
3.3.1 新颖简单控制策略打靶法
3.3.2 新颖简单控制策略打靶法的应用
3.4 端面反射系数快速优化算法及应用
3.4.1 端面反射系数快速优化算法
3.4.2 数据分析与讨论
3.5 本章小结
4 多点侧面泵浦掺镱高功率光纤激光器的新型算法
4.1 多点侧面泵浦掺镱高功率光纤激光器模型
4.2 优秀初始估计函数打靶法及应用
4.2.1 优秀初始估计函数打靶法
4.2.2 优秀初始估计函数打靶法应用
4.3 自适应打靶法及应用
4.3.1 4点侧面泵浦掺Yb3+高功率光纤激光器
4.3.2 自适应打靶法
4.3.3 自适应打靶法的8种情形具体推导
4.3.4 自适应打靶法的应用
4.4 优秀估计函数的MATLAB BVP解法器
4.4.1 优秀估计函数的MATLAB BVP解法器
4.4.2 优秀估计函数的MATLAB BVP解法器应用
4.5 NSTM-BVPs法的应用
4.6 本章小结
5 掺镱高功率光纤激光器的全局优化
5.1 多目标全局优化算法
5.1.1 NSGA-Ⅱ算法
5.1.2 SPEA2算法
5.2 掺镱高功率光纤激光器的全局优化
5.2.1 端面泵浦掺镱高功率光纤激光器的全局优化
5.2.2 多点侧面泵浦掺镱高功率光纤激光器的全局优化
5.3 全局优化的高功率光纤激光器实验设计应用
5.4 本章小结
6 温度依赖掺镱高功率光纤激光器的受激布里渊散射
6.1 理论模型
6.2 数据分析与讨论
6.3 本章小结
7 铒镱共掺高功率光纤激光器的简单集合优化算法
7.1 简单集合优化算法
7.2 数据分析与讨论
7.3 本章小结
8 光纤激光器的实验研究
8.1 掺镱光纤激光器的实验与理论研究
8.1.1 测量半导体激光器可输出功率
8.1.2 掺镱光纤激光器修正模型
8.1.3 实验数据分析
8.2 保偏光子晶体光纤激光器的实验研究
8.2.1 实验装置
8.2.2 实验数据分析
8.3 本章小结
9 高功率光纤激光器的关键技术
9.1 大模场面积光纤
9.1.1 单模纤芯耦合多层掺稀土环形纤芯的光纤
9.1.2 大模场面积单模菊花纤芯分布光纤
9.1.3 圆芯多扇形区外围多扇形纤芯光纤
9.1.4 强耦合多模掺稀土环芯超亮度单模光纤激光器
9.1.5 单模有源纤芯外腔耦合多模有源纤芯超亮度单模激光器
9.2 多波段光纤激光器与放大器
9.2.1 单芯多掺稀土离子区双包层光纤
9.2.2 高功率多波段单芯光纤激光器
9.2.3 高功率多波段多层掺稀土离子环芯光纤激光器
9.2.4 高功率多波段单芯光纤放大器
9.2.5 多波段多层掺稀土离子环芯光纤放大器
9.3 光纤受激布里渊散射阈值提高装置
9.3.1 掺稀土光纤受激布里渊散射阈值提高的悬臂梁装置
9.3.2 多扇环柱体压电陶瓷的光纤受激布里渊散射阈值提高装置
9.3.3 用于光纤光栅或光纤受激布里渊散射的多维调节装置
9.4 单频主振荡高功率光纤放大器
9.4.1 提高单频高功率光纤放大器受激布里渊散射阈值的装置
9.4.2 单频光纤放大器受激布里渊散射阈值提高的双温室装置
9.4.3 用于提高光纤放大器受激布里渊散射阈值的装置
9.5 光纤激光器自组织锁相基本理论及应用
9.5.1 四光纤激光器自组织锁相基本理论
9.5.2 数据分析与讨论
9.6 本章小结
10 结论
参考文献
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
本文编号：3636657
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianzigongchenglunwen/3636657.html
