大模场单模运转掺镱光纤研究

发布时间：2024-04-11 05:35

　　高功率光纤激光器在近几年由于其优异的性能迅猛发展,并广泛应用于各类高端制造业,催生了巨大的光纤激光器市场。掺镱光纤作为高功率光纤激光器的核心材料,其先进的制造技术仍掌握在西方国家手里,导致国内掺镱光纤市场基本被国外厂商垄断。尤其是应用于军事领域的高能掺镱光纤,国外均采取禁运措施。所以为了打破国外对掺镱光纤技术的垄断,本文在原有光纤制备技术基础上,针对大模场掺镱光纤的产业化关键技术进行研究,实现了大模场、高掺杂、低背景损耗及低光子暗化效应掺镱光纤的制备,并对超大模场掺镱光纤的设计和制备技术进行了探索。本论文首先从MCVD工艺研究方面以沉积和掺杂原理揭示MCVD微粒沉积机制和稀土溶液掺杂机制,并详细介绍工艺的每步制备过程及其对光纤预制棒的影响。以出料量的精确控制、离子掺杂浓度控制和影响沉积效率及均匀性三个关键制备要素出发,提出实现高均匀性、高掺杂浓度、高沉积效率在工艺制备过程中需要注意的要点。随后根据光纤预制棒纤芯数值孔径和模场面积计算分析,将其拉制成光纤后对光纤吸收、损耗和光子暗化性能进行表征。针对巨大商业潜力的10/130、20/130、30/250及20/400型号掺镱光纤,分别搭建...

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【部分图文】：

图1.1左图为报道的掺镱光纤激光器衍射极限和近衍射极限输出功率，右图为IPG公司实现高功率掺镱光纤激光器商用化功率变化趋势

华中科技大学博士学位论文掺镱光纤激光器高的转换效率（980nm泵浦1080nm激光出射量子亏损仅为9.26%）、高光束质量输出、较宽的增益带宽、良好的散热性能（表面积/体积比达到2500cm-1）及结构紧凑性能可靠使高功率掺镱光纤激光器飞速发展并得以迅....

图1.2石英晶体、石英玻璃结构比较

份额分别达到48%、34%和16%，即国内掺镱光纤市场基本被国外厂售到国内的掺镱光纤十分昂贵，且其光纤性能存在稳定性差、供货周，并且部分型号光纤对我国实行禁售。而国内开展大模场有源光纤的起步较晚，目前从事该方向研究并取得一些进展的单位有上海光机所、中物院、西安光机所、上海中电....

图1.3（a）为三价镱离子电子排布示意图，（b）为三价镱离子4f13、4f12-5d结构和电荷转移吸收带的能级位置示意图，（c）为Yb/Al/Si玻璃光纤中的吸收发射截面

华中科技大学博士学位论文[Xe]4f146s2，如图1.3（a）所示。从图可以看到镱离子4f轨道位于离子内部且该电子层未被填满，所以在受到外面两层电子5s25p6屏蔽的情况下，其自由电子能级重心的位移和晶体场斯托克分裂的幅度受外界基质环境的影响较小[....

图1.4（a）增益导引折射率反导引光纤截面图，（b）计算不同折射率差对应的模式占比[107]

要实现高功率掺镱连续激光器和高功率掺镱脉冲激光器需要增益有较大的有效模场面积、较高的掺杂浓度及较好的模式选择手段。而增大纤芯实现大模场面积的简单方法，所以大部分大模场单模运转光纤主要还是围绕模技术来发展的。.1纤芯控制技术主要有两种途径，一种是纤芯控制技术，即在大芯径的同时通过....

本文编号：3950948