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双包层掺镱保偏光纤的研究

作　者: 刘永建
导　师: 金杰；高亚明
学　校: 天津大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 双包层掺镱光纤保偏光纤光纤激光器
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

以双包层掺镱光纤为增益介质的光纤激光器具有高输出功率、高斜率效率等特点,在军事等领域有着广泛的应用。但是,随着激光功率的不断增加,光束质量逐渐下降,而光束质量下降限制了高功率光纤激光武器的发展。如果使用具有保偏特性的双包层掺镱光纤制作激光器,就可以对多个光纤激光器的输出进行相干合束,从而大幅度地提高激光功率。所以进行双包层掺镱保偏光纤设计和制备技术的研究是非常有意义的。本论文概述了双包层掺镱光纤的优点及应用、双包层掺镱光纤激光器的工作原理、保偏光纤的工作原理,并主要完成了以下研究工作:1、双包层光纤工作原理的研究及双包层掺镱保偏光纤的结构设计研究了双包层光纤结构与吸收特性的关系。结合镱离子的吸收和发射特性以及掺镱双包层光纤的特性,采用几何光学和纤维光学模式理论的方法分析了不同内包层结构的双包层光纤对光纤激光器性能的影响。在此基础上,设计了新型内包层结构的双包层光纤,并完成了双包层掺镱保偏光纤的结构设计。2、双包层掺镱保偏光纤制备工艺的研究采用MCVD工艺及溶液掺杂技术制备双包层掺镱光纤预制棒。进行了详细的方案设计,完善了工艺手段。开展了溶液掺杂机理的研究工作,进行了相关的实验,确定了掺杂浓度与疏松层沉积温度的关系、光纤损耗与脱水温度及脱水时间的关系。3、关键技术研究对制作双包层掺镱保偏光纤的关键技术进行了研究,在镱离子高浓度、均匀掺杂技术、高掺氧化硼浓度大直径应力棒制备技术、打孔镶嵌工艺制作熊猫型保偏光纤预制棒技术等方面取得了较大突破。通过项目的研究工作,制备出了双包层掺镱保偏光纤样品。光纤在976nm的有效吸收系数达到7.5dB/m,偏振串音达到-37dB(2m)。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-11
  1.1 课题研究背景和意义  7-9
  1.2 本论文主要研究内容  9-11
第二章掺镱光纤激光器概述  11-20
  2.1 掺镱光纤概述  11-16
    2.1.1 稀土元素及掺Yb~(3+)离子激光材料的优点  11-12
    2.1.2 光纤基质  12-13
    2.1.3 掺镱光纤的发展现状  13-16
  2.2 光纤激光器  16-20
    2.2.1 光纤激光器发展概述  16-17
    2.2.2 掺镱光纤激光器的发展现状  17-20
第三章双包层掺镱保偏光纤  20-33
  3.1 镱离子能级理论  20-22
  3.2 镱离子的光谱特性  22-23
  3.3 双包层光纤工作原理  23
  3.4 双包层光纤中泵浦光分布及吸收特性  23-29
    3.4.1 圆形内包层结构  24-26
    3.4.2 准圆形内包层结构  26-29
  3.5 熊猫型保偏光纤  29-33
    3.5.1 保偏光纤概述  29-30
    3.5.2 熊猫型保偏光纤  30-33
第四章双包层掺镱保偏光纤的制备  33-41
  4.1 总体方案设计  33-34
  4.2 工艺流程  34-35
  4.3 工艺实施和主要工艺参数的确定  35-41
    4.3.1 主要原材料  35
    4.3.2 MCVD 工艺原理  35-36
    4.3.3 采用MCVD 工艺制备应力棒  36-37
    4.3.4 掺镱预制棒的制备  37-39
    4.3.5 保偏光纤预制棒的制备  39
    4.3.6 拉丝  39-40
    4.3.7 光纤参数测试  40-41
第五章关键技术研究  41-48
  5.1 关键技术  41-42
    5.1.1 镱离子掺杂技术  41
    5.1.2 应力棒制备技术  41-42
    5.1.3 熊猫型保偏光纤预制棒制备技术  42
  5.2 关键技术的实验研究  42-46
    5.2.1 镱离子掺杂技术的解决方案和实验研究  42-44
    5.2.2 应力棒制备技术的解决方案和实验研究  44-45
    5.2.3 熊猫型保偏光纤预制棒制备技术的解决方案和实验研究  45-46
  5.3 试验结果及讨论  46-48
第六章总结  48-50
参考文献  50-53
发表论文和参加科研情况说明  53-54
致谢  54

双包层掺镱保偏光纤的研究

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