980nm光纤激光器输出特性研究

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近年来,作为实现高亮度激光源的一种有效方案,光纤激光器的研究备受关注。其中最为瞩目的是IPG公司通过1018nm级联泵浦所实现的10kW单模输出光纤激光器。然而限于1018nm在掺镱光纤中低的吸收效率,进一步提升光纤激光器的输出功率已较为困难。980nm光纤激光器因其高的吸收效率,可以作为高亮度光纤激光器的级联泵浦源,因而成为现今研究热点。实现980nm光纤激光器的高亮度输出往往受限于自发辐射放大(ASE)效应。因此,本文率先在980nm光纤激光领域对980nm光纤激光器的输出特性进行了较为全面的理论、数值仿真和实验研究,探索抑制ASE,改善980nm光纤激光器输出特性的方法。论文进行了以下几个方面的工作:1.建立980nm光纤激光器理论模型,以此为基础讨论和分析了980nm光纤激光器的阈值特性和增益竞争特性等,得到了980nm激光在阈值输出时泵浦光分布满足的条件和ASE与980nm激光和915nm泵浦光的增益关系,分析得到抑制ASE需要增大增益光纤的纤芯包层比。2.通过980nm光纤激光器的理论模型,对其输出特性随激光器参量的变化规律进行数值分析,得到有关980nm光纤激光器的几个未曾被提出的重要规律:①增益光纤增长,输出的激光功率出现两个极大值,其原因在于激光器输出光谱中信号光波长的红移;②内包层直径的改变较纤芯直径的改变对激光器输出的影响更大;③激光器的泵浦阈值随光纤长度和掺杂浓度呈指数增长,其变化规律可归纳为: Pp th (L) exp k p apN (L L0) P0;④FBG的旁瓣抑制比(SLSR)需要足够大以抑制ASE,但当SLSR大到可以抑制ASE时,进一步增大SLSR是没有必要的;⑤随着FBG谱宽的增大,输出的激光功率呈现先减小后增大的变化过程,信号光波长发生了红移现象。以上结论既可以加深对980nm光纤激光器的理解,且对实现高功率980nm光纤激光器具有重要的指导意义。3.通过实验对980nm光纤激光器的输出特性进行研究,得到了泵浦光光功率对激光器输出特性的影响规律,该规律与数值模拟所得规律吻合。并且实验验证了980nm光纤激光器输出功率随光纤长度的双峰值现象以及激光器泵浦阈值随光纤长度的变化规律。4.对980nm光纤激光器进行了理论上的优化设计,提出双端反馈的泵浦方式以改善激光器的输出特性,并给出了两种实现方案。通过数值分析得到:相较于单端泵浦,双端反馈泵浦的980nm光纤激光器的输出功率提高了近6倍。
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