高功率铒镱共掺光纤激光和超荧光输出的理论和实验研究

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利用掺杂稀土元素的光纤研制成的光纤激光器被认为是激光领域的新兴技术。包层泵浦高功率光纤激光器因其一系列传统气体和固体激光器所无法比拟的优越性能正越来越受到重视。高功率铒镱共掺光纤激光光源的输出波长在1.5μm波段,该波段位于第三通信窗口,且属于人眼安全波段,在光纤通信、卫星遥感、光纤传感、国防军工等领域有着广阔的应用前景。本论文主要从理论和实验两方面研究了高功率铒镱共掺光纤激光和超荧光光源的输出特性。1、利用的975nm的高功率半导体激光器作为泵浦源,对铒镱共掺增益光纤进行双端泵浦。光纤两端均垂直切割,谐振腔的有效反馈由光纤端面~3.6%的菲涅尔反射提供。当耦合进入光纤的泵浦功率为209W时,在1.5μm波段获得了最高77W的激光输出,斜率效率达到~37%。该输出功率目前处于国内领先水平。2、在高功率铒镱共掺光纤激光器系统的基础上,对光纤一端面进行小角度抛光处理,进而实现了宽带超荧光输出。实验装置没有采用种子源或高反镜,超荧光光源在1.5μ,m波段宽带单端输出功率达到16.1W,比之前已经报道的最高功率提高了一个数量级。输出光谱从~1531nm覆盖到1568.5nm,带宽~17nm,斜率效率30.7%。3、从理论上研究了铒镱共掺光纤激光系统的温度效应。建立了一个柱对称的三层的模型,描述光纤在一定的环境温度下、自然空气对流冷却情况下的温度分布。导致光纤温度升高的因素考虑了量子亏损热和吸收自发辐射产生的热。热传递机制考虑了纤芯与包层之间的热传导、光纤与空气界面上的热对流和热辐射。模拟结果显示,提高纤芯温度、提高掺杂浓度或者减小光纤端面反射率都有助于抑制1μm波段激光输出,提高1.5μm波段激光输出功率和输出效率。该理论工作对相关实验中进一步优化铒镱共掺光纤激光器的输出性能具有一定的指导意义。
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