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脉冲泵浦掺镱双包层光纤激光器的理论和实验研究

作　者: 白晓磊
导　师: 宁继平
学　校: 天津大学
专　业: 光电子技术
关键词: 掺镱双包层光纤激光器脉冲泵浦数值模拟被动调Q MOPA系统
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

掺镱双包层光纤激光器具有结构紧凑,输出波长范围宽,散热优良,易于实现高功率,高效率等特点。近些年来,技术不断成熟,在通信、工业、医疗等领域都有着广泛的应用。本论文对脉冲泵浦掺镱光纤激光系统进行了理论和实验的研究。主要内容如下:1,介绍了掺镱双包层光纤激光器的基本原理,应用情况和国内外的发展现状。2,对掺镱双包层光纤激光器的基础理论进行了理论概述,从速率方程出发,推导并分析了线性腔连续泵浦掺镱光纤激光器的输出特性。3,对脉冲泵浦掺镱光纤主控振荡功率放大器(MOPA)系统放大级的输出特性进行了理论数值模拟,优化了泵浦脉冲宽度及种子信号脉冲进入放大器的时间。其结果与连续泵浦掺镱光纤放大级进行对比。4,对脉冲泵浦下的掺镱光纤系统进行了实验研究: (1)由单模光纤的SBS效应实现被动调Q脉冲信号输出。由2.51W的915nm激光二极管泵浦,得到被动调Q输出脉冲序列,重复率为4.6kHz,平均功率为315mW,脉冲宽度约为500ns;单脉冲能量约为68.4μJ,峰值功率为136W。(2)脉冲泵浦掺镱光纤MOPA系统实验研究。实验中通过改变泵浦脉冲重复率和脉冲宽度,观察了被放大的脉冲信号,分析了放大结果,并与理论计算结果进行了对比。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-25
  1.1 光纤激光器介绍  7-8
  1.2 双包层光纤  8-9
  1.3 光纤激光器的发展现状  9-12
  1.4 双包层光纤激光器的分类  12-18
    1,4.1 线性腔单端泵浦双包层光纤激光器  12-13
    1.4.2 线性腔双端泵浦双包层光纤激光器  13-14
    1.4.3 全光纤掺镱环形腔双包层光纤激光器  14-15
    1.4.4 侧面泵浦双包层光纤激光器  15-18
  1.5 大功率光纤激光器展望  18-19
  1.6 光纤激光器的应用  19-21
  1.7 脉冲泵浦掺镱光纤激光器的研究现状  21-23
  1.8 本文的主要研究内容  23-25
第二章掺镱双包层光纤激光器的基本理论研究  25-36
  2.1 引言  25
  2.2 Yb~(3+)离子的能级原理  25-29
    2.2.1 Yb~(3+)离子的能级结构  25-27
    2.2.2 描述掺镱双包层光纤激光器的速率方程  27-29
  2.3 描述掺镱光纤速率方程的一般解法  29-32
    2.3.1 打靶法  29-30
    2.3.2 有限差分法  30-31
    2.3.3 有限元法  31-32
  2.4 连续泵浦线性腔掺镱光纤激光器的理论计算  32-36
    2.4.1 增益光纤长度的选取  33-35
    2.4.2 光纤输出端反射率的选择  35-36
第三章脉冲泵浦下高功率掺镱光纤放大器的理论研究  36-46
  3.1 引言  36
  3.2 脉冲泵浦下掺镱光纤放大器的理论基础  36-37
  3.3 脉冲泵浦理论计算结果及讨论  37-43
    3.3.1 同峰值功率下脉冲泵浦和连续泵浦的比较  37-41
    3.3.2 最优化泵浦脉冲宽度  41-43
  3.4 种子脉冲和泵浦脉冲时间关系的最优化选择方案  43-45
  3.5 总结  45-46
第四章脉冲泵浦高功率掺镱光纤激光系统的实验研究  46-66
  4.1 引言  46
  4.2 连续泵浦下掺镱光纤激光器的实验研究  46-50
    4.2.1 连续泵浦掺镱光纤激光器实验设备和材料介绍  46-48
    4.2.2 连续掺镱光纤激光器的实验结果分析  48-50
  4.3 MOPA系统种子脉冲信号源的设计和实验  50-56
    4.3.1 种子脉冲信号源实验设备和材料介绍  50-52
    4.3.2 光纤SBS效应调Q的一般原理  52-54
    4.3.3 SBS被动调Q的实验结果和分析  54-56
  4.4 脉冲泵浦掺镱双包层MOPA系统的实验研究  56-64
    4.4.1 MOPA系统的实验装置  56-57
    4.4.2 实验结果和现象分析  57-64
  4.5 实验中存在的问题和改进方案  64-66
参考文献  66-70
发表论文和参加科研情况说明  70-71
致谢  71

脉冲泵浦掺镱双包层光纤激光器的理论和实验研究

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