摻銩石英光纖及2微米全光纖連續(xù)激光器研究.pdf

1、光纖激光器與傳統(tǒng)激光器相比，具有效率高、閾值低、光束質(zhì)量好、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、波長(zhǎng)可調(diào)范圍大、能在惡劣環(huán)境中工作等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到人們的青睞。除了共有優(yōu)點(diǎn)外，由于摻Tm3+光纖激光器輸出的激光處于2μm波段，有著人眼安全、處在水吸收峰和“大氣窗口”等特性，在生物醫(yī)學(xué)、激光探測(cè)、遙感、光通信、材料處理、軍事等領(lǐng)域具有特殊的優(yōu)勢(shì)。然而，由于2μm激光涉及政治軍事等敏感領(lǐng)域，國(guó)外對(duì)高性能的摻Tm3+光纖實(shí)行嚴(yán)格的把控，禁止對(duì)我國(guó)出口。因此，實(shí)現(xiàn)高

2、性能摻Tm3+光纖、高功率2μm光纖激光器國(guó)產(chǎn)化有著重大的意義。
　　本論文的主要工作是分別從技術(shù)理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)部分，對(duì)摻Tm3+光纖及摻Tm3+光纖激光器的研制過(guò)程，進(jìn)行較為詳盡的闡述。
　　技術(shù)理論部分，本文從摻Tm3+光纖基本原理出發(fā)，研究Tm3+離子能級(jí)結(jié)構(gòu)、光譜、以3H6→3H4為重點(diǎn)的泵浦方式和Tm3+離子之間的相互作用。
　　學(xué)習(xí)基于改進(jìn)的化學(xué)氣相沉積工藝（Modified Chemical Vapor

3、Deposition,MCVD）制備摻Tm3+光纖預(yù)制棒并拉制成光纖的制備過(guò)程。
　　研究TDFL的關(guān)鍵技術(shù)：光纖激光器兩種基本結(jié)構(gòu)（單線(xiàn)型腔直接泵浦/主控振蕩功率放大）、包層泵浦技術(shù)、光纖布拉格光柵技術(shù)、耦合技術(shù)、高衰減包層光濾除技術(shù)以及激光輸出端面處理技術(shù)。詳細(xì)分析雙包層光纖能將泵浦激光二極管發(fā)出的低光束質(zhì)量泵浦光高效率的轉(zhuǎn)化為基模激光的原因。
　　實(shí)驗(yàn)部分，基于光纖制備技術(shù)，對(duì)自主研制的摻Tm3+光纖進(jìn)行性能測(cè)試、對(duì)比

4、，并篩選性能最為優(yōu)良的光纖用于摻Tm3+光纖激光器研究?；诟咚p包層光濾除技術(shù)完成激光模式優(yōu)化實(shí)驗(yàn)；基于輸出端面處理技術(shù)完成端帽制備實(shí)驗(yàn)。
　　重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容為793nm泵浦高功率摻Tm3+連續(xù)全光纖激光器。實(shí)現(xiàn)單線(xiàn)型腔直接泵浦結(jié)構(gòu)121W摻Tm3+光纖激光器，系統(tǒng)采用25/250雙包層摻Tm3+石英光纖作為增益介質(zhì)，斜率效率51％，中心波長(zhǎng)1915nm；另完成主控振蕩功率放大（Master Oscillator Power-Am

5、plifier，MOPA）結(jié)構(gòu)295W摻Tm3+光纖激光器，系統(tǒng)采用更高性能的25/400雙包層摻Tm3+石英光纖作為增益介質(zhì)，斜率效率49.61%，中心波長(zhǎng)1981nm，截至實(shí)驗(yàn)完成時(shí)，該激光器在國(guó)內(nèi)有公開(kāi)報(bào)道的摻Tm3+光纖激光器中，輸出功率是最高的。
　　研究Tm3+離子的同帶泵浦，通過(guò)實(shí)驗(yàn)成功實(shí)現(xiàn)一個(gè)同帶泵浦激光器，該激光器采用1915nmTDFL泵浦源泵浦，得到1980nm激光輸出，輸出功率63W，斜率效率79%。該實(shí)驗(yàn)