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LD泵浦准四能级掺Nd~(3+)双包层光纤激光器的理论和实验研究
作 者: 刘茂超
导 师: 白晋涛
学 校: 西北大学
专 业: 光学
关键词: 光纤激光器 掺Nd3+双包层光纤 准四能级 蓝光 耦合
分类号: TN248.1
类 型: 硕士论文
年 份: 2009年
下 载: 114次
引 用: 2次
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内容摘要
蓝光激光在高密度数据存储、海底通信、大屏幕显示、光学检测、激光医疗、生命科学等领域有着广泛的应用价值。除了现有的获得蓝光激光器的方法以外,本文拟从掺Nd3+双包层光纤激光器倍频的角度来获得蓝光光纤激光器,以弥补现有方法的不足,同时为蓝光激光的获得开辟了新的途径。掺Nd3+双包层光纤中Nd3+在4F3/2→4I9/2能级之间,有着较强的辐射跃迁,能够满足我们倍频而获得蓝光基频光的需要。本文从理论和实验上分析了掺Nd3+双包层光纤在准四能级的跃迁辐射特性研究,为获得倍频蓝光光纤激光器打下了坚实的基础。本文主要包括以下研究内容:1.概述了双包层光纤激光器的发展历史、腔型结构、包层泵浦的方式及其各自的特点;分析了不同内包层形状、光纤弯曲对泵浦光吸收的效率的影响。2.从理论上分析了掺Nd3+双包层光纤准四能级辐射跃迁特性。并根据静态的速率方程,推导出了线性双包层光纤激光器的输出功率、激光阈值、斜率效率的解析表达式;并用Origin软件模拟分析了双包层光纤激光器输出功率、斜率效率、泵浦阈值与光纤长度、腔镜的反射率、掺杂浓度等参数的关系曲线。为后续的实验的进行提供了重要的理论指导和参考依据。3.阐述了稀土掺杂离子及基质的选择依据,对双包层光纤中Nd3+在4F3/2→4I9/2能级之间辐射跃迁做了重点的分析。总结了Nd3+在4F3/2→4I9/2能级跃迁的光纤激光器在国际上的研究进展以及通常所采用的方法;分析了促进4F3/2→4I9/2能级之间的跃迁、抑制四能级跃迁的方法,并确定了实验方案。4.对准四能级掺Nd3+双包层光纤激光器进行了实验研究。研究分析了三种不同的泵浦耦合系统,本实验采用耦合效果最佳的非球面泵浦耦合系统,耦合效率为18.7%。采用端面泵浦的方式,在光纤长度为14m,泵浦电流26A时,获得了120mW单模907nm激光的输出。并研究了907nm激光输出波长随着泵浦功率变化,不同LD泵浦源工作温度下激光输出功率随着泵浦电流的变化情况。5.全文总结与展望
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全文目录
摘要 3-4 ABSTRACT 4-8 第一章 绪论 8-14 1.1 光纤激光器的出现的历史背景 8-9 1.2 光纤激光的特点及分类 9-10 1.2.1 光纤激光器的主要特点 9 1.2.2 光纤激光器的分类 9-10 1.3 国内外双包层光纤激光器的发展现状 10-11 1.3.1 国外双包层光纤光纤激光器的发展现状和动态 10 1.3.2 国内光纤激光器的发展现状和动态 10-11 1.4 光纤激光的应用 11 1.5 双包层光纤激光器的发展趋势分析 11-12 1.6 本文研究背景和主要研究内容 12-14 1.6.1 本文研究背景 12-13 1.6.2 本文主要研究内容 13-14 第二章 双包层光纤的结构及其对泵浦光的吸收特性分析 14-28 2.1 双包层光纤的基本结构和工作原理 14-15 2.1.1 双包层光纤的基本结构 14-15 2.1.2 双包层光纤激光器的工作原理 15 2.2 双包层光纤激光器的腔型结构 15-17 2.2.1 线性腔双包层光纤激光器 15-17 2.2.2 环形腔光纤激光器 17 2.3 常用的包层泵浦技术及其特点 17-20 2.3.1 端面泵浦 17-19 2.3.2 侧面泵浦耦合技术 19-20 2.4 双包层光纤内包层的形状对泵浦光吸收效率的影响分析 20-24 2.4.1 光纤内包层形状与泵浦吸收效率分析方法 20-21 2.4.2.圆形内包层对泵浦吸收效率分析 21-22 2.4.3 圆形偏心内包层对泵浦吸收效率分析 22 2.4.4 矩形内包层的泵浦吸收效率 22-23 2.4.5 D形内包层光纤吸收效率分析 23-24 2.4.6 小结 24 2.5 光纤弯曲对激光输出的影响 24-27 2.5.1 光纤弯曲与损耗 24-26 2.5.2 光纤弯曲与泵浦吸收效率 26-27 2.6 本章小结 27-28 第三章 掺Nd~(3+)双包层光纤激光器的相关理论研究 28-42 3.1 稀土掺杂双包层光纤掺杂离子的选择 28-30 3.1.1 稀土掺杂离子 28 3.1.2 掺杂基质的选择 28-30 3.1.3 实验相关 30 3.2 玻璃基质Nd~(3+)吸收谱线和能级结构 30-31 3.2.1 玻璃基质Nd~(3+)的吸收谱线 30 3.2.2 玻璃基质Nd~(3+)能级结构 30-31 3.3 掺Nd~(3+)双包层光纤的准四能级跃迁理论分析 31-35 3.4 激光器的各项参数对输出特性的影响 35-41 3.4.1 激光腔镜的反射率R_1,R_2对激光器斜率效率的影响 36-37 3.4.2 激光腔镜的反射率R_1,R_2对激光器输出功率的影响 37 3.4.3 光纤长度对光纤激光器的输出功率的影响 37-39 3.4.4 激光腔内泵浦激光沿着光纤长度方向上的变化 39-40 3.4.5 掺Nd~(3+)光纤激光器产生的信号光沿光纤的分布 40 3.4.6 激光阈值与光纤长度关系 40-41 3.5 本章小结 41-42 第四章 掺Nd~(3+)双包层光纤~4F_(3/2)→~4I_(9/2)能级跃迁 42-50 4.1 引言 42 4.2 掺Nd~(3+)双包层光纤激光器~4F_(3/2)→~4I_(9/2)能级跃迁的研究进展 42-43 4.3 增强掺Nd~(3)双包层光纤~4F_(3/2)→~4I_(9/2)能级跃迁的方法 43-50 4.3.1 液氮冷却光纤 44 4.3.2 Nd~(3+)和其他稀土离子共掺 44-47 4.3.3 采用W型光纤来抑制掺Nd~(3+4)F_(3/2)→I_(11/2)四能级的辐射跃迁 47-48 4.3.4 其他方法 48-49 4.3.5 基于本实验的考虑 49-50 第五章 准四能级掺Nd~(3+)双包层光纤激光器的实验研究 50-68 5.1 光纤端面的处理 50-52 5.2 泵浦源及掺Nd~(3+)双包层光纤特性参数 52-54 5.2.1 泵浦源特性参数 52-53 5.2.2 掺Nd~(3+)双包层光纤特性参数 53-54 5.3 泵浦耦合系统设计 54-61 5.3.1 显微物镜耦合系统 54-57 5.3.2 非球面透镜与显微物镜混合耦合系统 57-58 5.3.3 非球面透镜耦合系统 58-60 5.3.4 耦合系统小结 60-61 5.4 实验方案 61-67 5.5 本章小结 67-68 第六章 总结与展望 68-71 6.1 全文总结 68-69 6.2 实验中所存在的问题分析及展望 69-71 参考文献 71-77 攻读硕士学位期间取得的科研成果 77-78 致谢 78
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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光器 > 固体激光器
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