基于SBS的掺铥光纤放大器对双单频激光放大特性的研究

发布时间：2017-08-22 13:12

  本文关键词：基于SBS的掺铥光纤放大器对双单频激光放大特性的研究

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【摘要】：2μm波段激光凭借其所具有的人眼安全、可调谐范围广等优点广泛应用在激光医学、生物学、激光雷达、遥感探测、军事技术等领域,因而受到研究人员越来越多的关注。为了提高激光器输出光的光束质量,大功率光纤激光器均采用主振荡功率放大(MOPA)结构。但是,在普通的窄线宽光纤放大器中,由于传输功率高,纤芯截面积小,同时相互作用距离长,各种非线性效应很容易产生,特别是受激布里渊散射(SBS)效应的影响较严重,从而导致了放大器的输出功率大大降低。本文就掺铥光纤放大器对双单频和双单频激光放大特性进行研究,为高性能MOPA大功率掺铥光纤放大器的研制提供了理论依据。本文的主要工作和创新点包括：1.建立了基于SBS效应的掺铥光纤放大器对双单频激光放大的理论模型,采用牛顿迭代法和龙格-库塔法相结合的方法对双单频掺铥光纤放大器的理论模型进行求解。2.利用Matlab软件对上述模型进行了数值仿真,得出了掺铥光纤放大器中泵浦光功率、信号光功率、Stokes功率、温度能量沿光纤长度的分布,并对掺铥光纤放大器的双单频激光放大和单频激光放大的性能等进行了对比分析。在相同的条件下,当两个信号光种子功率比为1：1时,双单频激光放大时信号输出功率约为单频放大时的两倍,双单频放大时SBS阈值功率是单频放大时的两倍。3.当两个种子光中心波长分别为1941 nm和1940 nm,功率为1 W,泵浦功率为60 W时,对于28m的光纤长度可以得到最大25.75 W的信号光输出功率。通过适当增加光纤长度,提高Tm3+掺杂浓度,增大泵浦光功率,增大光纤纤芯有效面积等,均可以有效提高掺铥放大器的输出功率,并抑制双单频激光放大的SBS效应。
【关键词】：光纤放大器 掺铥光纤放大器 双单频放大 受激布里渊散射
【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】：TN722
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-10
• 1 引言10-20
• 1.1 掺铥光纤激光器的发展12-13
• 1.2 多波长激光器实现方式及发展13-16
• 1.3 放大器的发展16-17
• 1.4 多波长光纤放大器的应用17-18
• 1.5 论文的主要工作18-20
• 2 掺铥放大器的双单频激光放大的理论模型20-34
• 2.1 掺铥光纤放大器的泵浦源20-21
• 2.2 前向泵浦方式和后向泵浦方式21-22
• 2.3 影响掺铥光纤放大器性能的因素22-24
• 2.3.1 泵浦功率22-23
• 2.3.2 增益光纤长度23
• 2.3.3 Tm~(3+)掺杂浓度23-24
• 2.3.4 光纤纤芯的有效面积24
• 2.4 双单频激光放大的理论模型24-28
• 2.5 数值计算方法28-32
• 2.5.1 牛顿迭代法29-30
• 2.5.2 龙格-库塔法30-32
• 2.6 本章小结32-34
• 3 掺铥放大器对双单频激光和单频激光放大的性能对比34-42
• 3.1 双单频激光放大中SBS效应影响因素的讨论34-40
• 3.1.1 单频掺铥光纤放大器的特性35-37
• 3.1.2 双单频激光放大和单频激光放大时泵浦功率的对比37
• 3.1.3 双单频激光放大和单频激光放大时光纤内信号光功率对比37-38
• 3.1.4 双单频激光放大和单频激光放大时光纤内SBS功率分布的对比38-39
• 3.1.5 双单频激光放大和单频激光放大时增益光纤内的温度分布对比39-40
• 3.2 本章小结40-42
• 4 掺铥放大器对双单频激光放大的影响因素及SBS效应分析42-50
• 4.1 增益光纤长度的影响42-43
• 4.2 TM~(3+)掺杂浓度的影响43-44
• 4.3 泵浦功率的影响44-45
• 4.4 光纤纤芯有效面积A_(eff)的影响45-46
• 4.5 换热系数的影响46-48
• 4.6 本章小结48-50
• 5 结论50-52
• 5.1 论文的主要研究内容和创新点50-51
• 5.2 未来的工作展望51-52
• 参考文献52-56
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果56-58
• 学位论文数据集58

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本文编号：719317