双波长泵浦中红外光纤激光产生技术研究
发布时间：2021-08-08 19:04
2 μm-5 μm的中红外波段处于大气窗口并且覆盖了常见分子的转动-振动区,如温室气体、水分子、空气污染物、有毒物质、生物组织等。在这个光谱区间,上述分子具有强烈的吸收,因此中红外光谱法能提供极其灵敏的化学分析与检测,中红外相干源在遥感、实时光谱学方面有重要应用,这些应用包括医疗诊断、军事上的光电对抗、红外成像、在线大气质量检测等。为了有效地开发中红外波段的潜能,人们发展了各种类型的中红外相干源,包括光纤激光器、量子级联激光器、固体掺杂的激光器以及光参量激光器等。其中稀土离子掺杂的光纤激光器由于其光束质量好、散热快、结构紧凑、易于维护、光谱覆盖范围广等特点受到了研究人员的广泛关注。在可见和近红外波段,各种类型的光纤激光器已经被广泛的应用到各行各业。在近红外波段,已经取得万瓦量级的激光输出,但是输出波长向中红外波段拓展时,输出功率随着波长的增加呈指数降低。目前掺杂光纤中还未取得超过4 μm的激光输出,最长的输出波长为3.95μm。主要原因在于缺乏高性能、低声子能量、低损耗的中红外玻璃以及高质量、高功率近红外泵浦源;另一个限制中红外波段激光输出功率提升的因素为某些稀土离子固有的能级结构导致...
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２常见气体分子在２－５?ｎｍ波段吸收光谱??
?双波长泵浦中红外光纤激光产生技术研宄???第一章绪论??１．１研究背景与意义??在中红外波段，大气透明窗口分别位于２ｊ＿ｕｎ－５｜＿１１１１波段和８｜＿１１１１－１２｜１１１：１波段，如??图１．１所示。其中２?ｐｍ－５?ｐｍ之间波段又位于所谓的“分子指纹区”，许多污染物以及??气体分子在此光谱区间有着很强的吸收：如温室气体Ｃ０２（４．３ｎｍ）、水分子Ｈ２０（２．７Ｍｍ）、??空气污染物Ｓ０２（４阿）、有毒物质如ＨＦ（２．５＾ｍ），ＣＯ（２．３和４．６興）、生物组织等，如图??１．２所示。因此在２?ｐｍ－５?ｐｍ波段，气体光谱学能提供极其灵敏的气体化学分析、遥感??以及大气污染物检测；在国防领域可以用作激光雷达、红外成像以及空间光电对抗；在??医疗领域可用作激光扫描、医疗诊断和激光手术；在其他领域也有着重要的应用［１＿６］。??１００?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ??！；＿?ＰＶ??－ｌ?ｌｌｉｒ?ｌｉｔ?Ｌ．．．?Ｉ??０?１?２?３?４?５?６?７?８?９?１０?１１?１２?１３?１４?１５??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ??图１．１各波段大气透过率曲线??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｐｍ）??－－?５?４．５?４?３．５?３?２．５?２．３?２??々?，．■?■?，?■?．￣■￣，???１?■??１Ｅ－２４??Ｒ?１Ｅ－１６－Ｊ?；??１?１Ｅ－１７?Ｃ〇２?；?＿?：?１Ｅ－２３??；＝??ｉ＝＿?一，１??Ｉ?ｉＬＺＪｂｌＥ??－１?２０００?２５００?３０００?３５００?４０００?４５００?５０００??Ｗａｖｅｎｕｍｂｅｒ?（ｃｍ＇１）??图１．２常
参量振??荡器等。其中稀土离子掺杂的光纤激光器由于其光束质量好、散热快、结构紧凑、易于??维护、光谱覆盖范围广等特点受到了研究人员和工业界的广泛关注［１－７］。??对于近红外波段（１？２ｎｍ），Ｎｄ３＋、Ｅｒ３＋、Ｔｍ３＋等离子掺杂的硅玻璃光纤产生的高能、??高光束质量光纤激光已在工业、通信、国防与医疗等领域己经取得了广泛的应用与巨大??的成功。但是当光纤激光器的输出波长向２－５?ｐｍ中红外波段扩展时，输出功率随波长??的增加呈指数降低中红外波段掺杂光纤输出波长与输出功率的变化曲线如图１．３所??／Ｊｎ?〇??１０３?１?＇?＇?１??：Ｔｍ：Ｓｉ０２．．??，?「９１?、－、?Ｄｙ：ＺＢＬＡＮ??ｆ?１０「?．、．、［１０］?１??Ｃ?ｊ?Ｅｒ：ＺＢＬＡＮ??—?Ｄｙ：ＺＢＬＡＮＴ、．?Ｈｏ：ＩｎＦ３??ｉ１０?；?［ｉｉ］?、．、．［８］ｉ??Ｏ?！?Ｖ．：，??ｌ〇ｉ?ｒ??ｉＵ?Ｈｏ：ＺＢＬＡＮ?：??，：?［１３Ｌ?：??ｌ〇＇２?＊—１?１?１?１?￣??２?２．５?３?３．５?４??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｎｍ）??图１．３中红外波段，己报道在掺杂光纤中连续波运转输出波长与输出功??率变化曲线??在２?ｐｍ区域，得益于硅玻璃良好的机械与热性能，以及高功率光纤器件的发展，??使用近红外半导体泵浦Ｔｍ掺杂的硅光纤的输出功率己达到１?ｋＷ量级［９］。然而，受限??于娃玻璃透明度以及较高的声子能量（ｌｌＯＯｃｎｒ１），娃玻璃已经不再适合作为激光输出??波长大于２．２｜ｘｍ的光纤玻璃材料⑴。氟化锆玻璃（Ｆｌｕｏｒｏｚｉｒｃｏｎａｔｅ．ＺＢＬＡＮ）制成的光纤?
本文编号：3330512
【文章来源】：中国工程物理研究院北京市
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２常见气体分子在２－５?ｎｍ波段吸收光谱??
?双波长泵浦中红外光纤激光产生技术研宄???第一章绪论??１．１研究背景与意义??在中红外波段，大气透明窗口分别位于２ｊ＿ｕｎ－５｜＿１１１１波段和８｜＿１１１１－１２｜１１１：１波段，如??图１．１所示。其中２?ｐｍ－５?ｐｍ之间波段又位于所谓的“分子指纹区”，许多污染物以及??气体分子在此光谱区间有着很强的吸收：如温室气体Ｃ０２（４．３ｎｍ）、水分子Ｈ２０（２．７Ｍｍ）、??空气污染物Ｓ０２（４阿）、有毒物质如ＨＦ（２．５＾ｍ），ＣＯ（２．３和４．６興）、生物组织等，如图??１．２所示。因此在２?ｐｍ－５?ｐｍ波段，气体光谱学能提供极其灵敏的气体化学分析、遥感??以及大气污染物检测；在国防领域可以用作激光雷达、红外成像以及空间光电对抗；在??医疗领域可用作激光扫描、医疗诊断和激光手术；在其他领域也有着重要的应用［１＿６］。??１００?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ?ｉ??！；＿?ＰＶ??－ｌ?ｌｌｉｒ?ｌｉｔ?Ｌ．．．?Ｉ??０?１?２?３?４?５?６?７?８?９?１０?１１?１２?１３?１４?１５??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ??图１．１各波段大气透过率曲线??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｐｍ）??－－?５?４．５?４?３．５?３?２．５?２．３?２??々?，．■?■?，?■?．￣■￣，???１?■??１Ｅ－２４??Ｒ?１Ｅ－１６－Ｊ?；??１?１Ｅ－１７?Ｃ〇２?；?＿?：?１Ｅ－２３??；＝??ｉ＝＿?一，１??Ｉ?ｉＬＺＪｂｌＥ??－１?２０００?２５００?３０００?３５００?４０００?４５００?５０００??Ｗａｖｅｎｕｍｂｅｒ?（ｃｍ＇１）??图１．２常
参量振??荡器等。其中稀土离子掺杂的光纤激光器由于其光束质量好、散热快、结构紧凑、易于??维护、光谱覆盖范围广等特点受到了研究人员和工业界的广泛关注［１－７］。??对于近红外波段（１？２ｎｍ），Ｎｄ３＋、Ｅｒ３＋、Ｔｍ３＋等离子掺杂的硅玻璃光纤产生的高能、??高光束质量光纤激光已在工业、通信、国防与医疗等领域己经取得了广泛的应用与巨大??的成功。但是当光纤激光器的输出波长向２－５?ｐｍ中红外波段扩展时，输出功率随波长??的增加呈指数降低中红外波段掺杂光纤输出波长与输出功率的变化曲线如图１．３所??／Ｊｎ?〇??１０３?１?＇?＇?１??：Ｔｍ：Ｓｉ０２．．??，?「９１?、－、?Ｄｙ：ＺＢＬＡＮ??ｆ?１０「?．、．、［１０］?１??Ｃ?ｊ?Ｅｒ：ＺＢＬＡＮ??—?Ｄｙ：ＺＢＬＡＮＴ、．?Ｈｏ：ＩｎＦ３??ｉ１０?；?［ｉｉ］?、．、．［８］ｉ??Ｏ?！?Ｖ．：，??ｌ〇ｉ?ｒ??ｉＵ?Ｈｏ：ＺＢＬＡＮ?：??，：?［１３Ｌ?：??ｌ〇＇２?＊—１?１?１?１?￣??２?２．５?３?３．５?４??Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ?（ｎｍ）??图１．３中红外波段，己报道在掺杂光纤中连续波运转输出波长与输出功??率变化曲线??在２?ｐｍ区域，得益于硅玻璃良好的机械与热性能，以及高功率光纤器件的发展，??使用近红外半导体泵浦Ｔｍ掺杂的硅光纤的输出功率己达到１?ｋＷ量级［９］。然而，受限??于娃玻璃透明度以及较高的声子能量（ｌｌＯＯｃｎｒ１），娃玻璃已经不再适合作为激光输出??波长大于２．２｜ｘｍ的光纤玻璃材料⑴。氟化锆玻璃（Ｆｌｕｏｒｏｚｉｒｃｏｎａｔｅ．ＺＢＬＡＮ）制成的光纤?
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