大模场双包层光纤侧面泵浦耦合关键技术研究

发布时间：2017-12-19 22:05

  本文关键词：大模场双包层光纤侧面泵浦耦合关键技术研究　出处：《北京工业大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

  更多相关文章： 高功率 非对称 泵浦耦合器 封装 光纤激光器

【摘要】：高功率光纤激光器在光纤通信、工业加工、军事等领域中发挥着重要的作用,目前已经进入到了一个蓬勃发展的时期。在高功率光纤激光器中,泵浦光耦合进大模场双包层光纤的泵浦方式主要有两种:端面泵浦和侧面泵浦。对于端面泵浦方式,泵浦光容易对双包层光纤的端面熔点造成损伤,另外当高功率光纤激光器用于工业加工时,加工区域存在的反射光在经过端面熔点时会对泵浦源造成损伤。对于侧面泵浦方式,耦合点不受限制、耦合点通过功率较小,有效解决了端面泵浦的问题,较易实现高功率输出。但侧面泵浦相对于端面泵浦工艺难度大,其性能还有待提高,如信号光插入损耗为0.5dB,泵浦光传输效率为90%,无法满足高功率光纤激光器级联泵浦的需求。本文根据高功率光纤激光器对泵浦耦合器技术参数的要求,研制了一种耦合效率高、信号光插入损耗低、泵浦光传输损耗小的大模场双包层光纤侧面泵浦耦合器。首先模拟了泵浦耦合器的双波导非对称耦合理论,根据该理论搭建了多功能光纤拉锥熔合系统,制定了泵浦耦合器侧面熔合工艺,测试了泵浦耦合器的技术参数,设计了泵浦耦合器的封装结构,最后研制成了一种可用于高功率光纤激光器的大模场双包层光纤侧面泵浦耦合器,并利用所研制的泵浦耦合器搭建了双向泵浦结构和MOPA结构的基模高功率光纤激光器。本文所取得的研究成果如下:1.在双波导定向耦合器不完全耦合理论的基础上,针对大模场双包层光纤侧面泵浦耦合器非对称的特点,将其耦合系数和光功率方程组做了进一步推导,并进行了数值仿真,研究结果表明两光纤中的光功率按照一定周期变化,当泵浦光纤的锥角在1°到1.5°之间时,可以获得97%以上的最佳耦合效率,且与其对应耦合长度的局部变化对耦合效率的影响较小。2.搭建了多功能光纤拉锥熔合系统并制定了泵浦耦合器侧面熔合工艺。一般侧面泵浦耦合器制作工艺是在熔接过程中将泵浦光纤扭转使其与主光纤贴覆,这会使泵浦光纤对主光纤产生轴向拉力和径向压力,从而使主光纤在与泵浦光纤熔合过程中发生形变导致信号光插入损耗较大。本文中所述的泵浦耦合器侧面熔合工艺,泵浦光纤对主光纤的作用力较小,所研制的泵浦耦合器信号光插入损耗小于0.04dB。3.设计了泵浦耦合器封装结构,该结构包括涂覆层、高折率光学胶、石英衬底,并用Tracepro对封装结构进行了模拟仿真,从光学胶厚度、长度、折射率三个方面分别模拟了其对泄露泵浦光剥除效果的影响。4.测试了泵浦耦合器的技术参数,具体包括耦合功率、耦合效率、信号光插入损耗、附加损耗、主光纤分光比、方向性、稳定性等。分析了影响泵浦耦合器技术参数的工艺参数,包括熔合时间、火炬位置、火炬高度、气体流量、气体湿度、拉伸速度、拉伸长度、夹具同轴度、环境湿度等。测试了泵浦耦合器的稳定性,包括参数测试、振动测试、环境测试等。5.利用所研制的泵浦耦合器搭建了基模高功率光纤激光器,采用双向泵浦方式搭建了906W基模高功率光纤激光器,测试了该光纤激光器的工作稳定性,通过实验证明了所研制的泵浦耦合器具有防反射功能,可有效保护泵浦源免受损伤。同时还采用MOPA结构搭建了890W基模高功率光纤激光器。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN248;TN622

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