高功率掺镱光纤激光器关键技术研究

发布时间：2017-12-06 07:21

  本文关键词：高功率掺镱光纤激光器关键技术研究

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【摘要】：高功率掺镱光纤激光器以其在结构、效率和光束质量上的重大优势,在激光加工领域大有取代传统激光器的趋势,但是掺镱光纤等关键技术的不足却阻碍了高功率掺镱光纤激光器进一步发展。本论文围绕高功率掺镱光纤激光器关键技术,以实现高性能掺镱光纤为核心;以突破掺镱光纤中的光子暗化效应和实现大芯径光纤的模式控制技术为关键；以实现更高功率、更好稳定性、更优光束质量的高功率掺镱光纤激光器展开工作。本论文首先从掺镱光纤激光器理论出发,阐述了掺镱光纤的性能参数对光纤激光器的影响,为掺镱光纤的设计提供了依据；详细介绍了利用改进的化学气相沉积工艺和溶液掺杂工艺来制备掺镱光纤预制棒和利用拉丝工艺来制作掺镱光纤,并对其中涉及到的工艺原理进行了分析。在此基础上,对具有巨大商业应用潜力的10/130、30/250、20/400三种类型的双包层掺镱光纤的技术指标进行了分析,设计了一套实现高性能掺镱光纤的技术路线,并针对不同类型掺镱光纤设计和制作了相应的标准化测试设备,建立测试数据库,在此基础上分别实现了高性能的10/130、30/250、20/400掺镱光纤。对影响高功率掺镱光纤激光器稳定性的光子暗化效应进行研究,将Tm杂质作为掺镱光纤发生光子暗化效应的敏化剂,可以解释与掺镱光纤光子暗化效应相关的特定现象,并从实验上证明了Tm杂质对掺镱光纤光子暗化效应的影响;另外,实验发现掺镱光纤在793nm泵浦作用下表现出很强的光漂白效应,具有抑制掺镱光纤光子暗化效应的潜力,同时根据掺镱光纤在不同波长泵浦作用下表现出的光漂白效应的差异,证明了Tm杂质对掺镱光纤光漂白效应的影响；在此基础上提出了一种分析掺镱光子暗化效应和光漂白效应的新模型。利用模式竞争理论对大芯径多模光纤激光器进行分析,实现大芯径多模光纤激光器单模运转的两条思路：抑制高阶模增益和增加高阶模损耗,分别对应于增益控制技术和弯曲选模技术。利用纤芯直径30μm,数值孔径0.07,掺杂面积只有70%的掺镱光纤搭建的光纤激光器,实现光束质量因子Mx2=1.571,My2=1.583;利用弯曲选模技术将纤芯直径30μm,数值孔径0.07,掺镱光纤激光器光束质量从2.8优化到1.5。实现了高功率光纤激光技术：低损耗熔接技术、包层光滤除技术、高功率散热技术,在此基础上利用20/400掺镱光纤、高功率光纤光栅、高功率泵浦合束器搭建了全国产kW级掺镱光纤激光器,最高输出功率为1.01kW,斜率效率为80.94%,其光束质量因子Mx2=1.496,My2=1.410,最后利用整机技术实现了百瓦级掺镱光纤激光器。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN248

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本文编号：1257805