高功率掺镱双包层光纤激光器SRS效应理论研究

发布时间：2017-09-23 19:19

  本文关键词：高功率掺镱双包层光纤激光器SRS效应理论研究

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【摘要】：高功率光纤激光器在医疗器械、工业切割、高能武器等尖端科技领域有着重要的应用。输出功率超过千瓦的光纤激光器多采用掺杂锗、镱、铒、钕等稀土离子的双包层光纤作为增益介质。截止目前,光纤激光器单模最高输出功率已达1万瓦,多模最高输出功率已超过10万瓦。光纤激光器输出功率不断提高,影响输出功率继续提升的因素也愈发突显。光纤内部机械损伤、光纤内的温度以及光纤中的非线性效应等都会对光纤激光器的输出特性产生影响,这严重阻碍了光纤激光器输出功率的提高。本文对阻止连续高功率光纤激光器功率提升的最主要原因——光纤中的非线性效应,主要是受激拉曼散射效应(SRS)进行了研究,主要探究了：1.在连续光的前提下,只考虑一阶SRS,在光纤激光器、光纤放大器和传能光纤中建立了信号光、泵浦光和斯托克斯光共存时的基本动力学模型。2.使用配点法数值求解了稳态条件下激光器模型、放大器模型和传能光纤模型的耦合速率方程组,得到了泵浦光、信号光和斯托克斯光沿光纤的轴向分布规律,模拟了输出功率特性。3.用Matlab编写了仿真计算程序,设计了人机交互界面,实现了自动化仿真。输出功率仿真值/真实值大于90%。4.利用编制的软件探究了不同泵浦条件下,光纤振荡器、LD直接泵浦放大、MOPA放大和同带泵浦放大激光器结构中有源光纤参数(如有源光纤的有效截面、长度、掺杂浓度等)、光源(如信号和泵浦激光波长、泵浦方式等)以及传能光纤对SRS效应的影响。所得的数据为高功率光纤放大器和激光器的搭建提供了参考。
【关键词】：光纤激光器 数值模拟 双包层掺镱光纤 SRS效应
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN248
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 绪论13-27
• 1.1 光纤激光器概述13-22
• 1.1.1 国内外光纤激光器的发展13-18
• 1.1.2 高功率光纤激光器的结构分析18-22
• 1.2 高功率光纤激光器发展的关键问题22-24
• 1.3 高功率光纤激光器应用24-25
• 1.4 本论文的内容25-27
• 第二章 高功率掺镱双包层光纤激光器SRS模型建立27-41
• 2.1 SRS效应概述27-28
• 2.2 SRS数值分析基本模型建立28-34
• 2.2.1 光纤振荡器模型28-31
• 2.2.2 光纤放大器模型31-33
• 2.2.3 传能光纤模型33-34
• 2.3 SRS仿真计算软件概述34-40
• 2.3.1 模块化设计34
• 2.3.2 程序计算流程图34-35
• 2.3.3 数值方法35-37
• 2.3.4 可行性验证37-40
• 2.4 本章小结40-41
• 第三章 高功率双包层掺镱光纤激光器SRS效应仿真41-75
• 3.1 光纤振荡器中的SRS效应41-53
• 3.1.1 传能光纤长度的影响42-45
• 3.1.2 振荡级有效模面积的影响45-46
• 3.1.3 增益光纤长度的影响46-47
• 3.1.4 泵浦波长及泵浦方式的影响47-51
• 3.1.5 纤芯掺杂浓度的影响51-52
• 3.1.6 信号波长的影响52-53
• 3.2 LD直接泵浦放大模型中的SRS效应53-61
• 3.2.1 传能光纤长度的影响56-57
• 3.2.2 有效模面积的影响57-58
• 3.2.3 纤芯掺杂浓度的影响58
• 3.2.4 增益光纤长度的影响58-60
• 3.2.5 光纤拉曼损耗的影响60
• 3.2.6 信号波长的影响60-61
• 3.3 LD泵浦MOPA放大结构中的SRS效应61-68
• 3.3.1 输出特性模拟63-65
• 3.3.2 增益光纤长度级间分配的影响65-67
• 3.3.3 放大级级间泵浦功率分配的影响67-68
• 3.4 含SRS的同带泵浦放大器模型68-74
• 3.4.1 输出特性模拟70-72
• 3.4.2 有效模面积和掺杂浓度的影响72
• 3.4.3 增益光纤长度的影响72-73
• 3.4.4 信号光波长的影响73-74
• 3.5 本章小结74-75
• 第四章 总结75-79
• 参考文献79-83
• 致谢83-85
• 学术成果和发表的学术论文85-86
• 附件86-87

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