高功率光纖激光相干偏振合成系統(tǒng)研究.pdf

1、受限于光纖本身的熱效應、非線性效應、模式不穩(wěn)定、光纖端面損傷、高亮度泵浦技術等，單路光纖激光亮度提升能力有限。共孔徑相干合成技術能獲取更高亮度的激光輸出。就共孔徑相干合成系統(tǒng)而言，其單路高亮度光源的研制和整個合成系統(tǒng)效率的提升是目前相干合成領域的國際難題。本文選取共孔徑相干合成技術的一種典型代表-相干偏振合成技術作為研究對象，開展了系統(tǒng)的理論和實驗研究。
　　1、綜合考慮單頻/窄線寬保偏光纖放大器功率提升的兩大主要受限因素—受激布

2、里淵散射效應和模式不穩(wěn)定效應，對實現全光纖結構高亮度、窄線寬、近線偏光纖激光的技術途徑進行了詳細探索。對比了不同增益介質、不同窄線寬種子放大下的亮度提升潛力與受限因素，研究了引入彎曲損耗機理、減小增益光纖纖芯尺寸、改變泵浦波長等模式不穩(wěn)定抑制方法的可行性與適用范圍；在系統(tǒng)研究的基礎上，最終探索得到了實現2kW級高亮度、窄線寬、近線偏光纖激光輸出的技術方案。
　　2、綜合考慮實際工程系統(tǒng)中的多種影響因素，對大功率相干偏振合成系統(tǒng)開展

3、了較全面的理論分析和相關實驗驗證。首先建立了相干偏振合成系統(tǒng)單個合成單元合成效率分析的普適理論模型，分析給出了大陣元合成系統(tǒng)合成效率分析的遞推關系，在一定近似條件下給出了多路合成系統(tǒng)合成效率分析的近似表達式。隨后，針對大功率相干偏振合成系統(tǒng)的三個重要組成部分—相位與光程控制系統(tǒng)、單元光束、合成元件（光纖端帽、準直器、半波片、偏振合束器），依次開展了詳細的理論分析，分析給出了大陣元相干偏振合成系統(tǒng)對上述各種影響因素的容忍度。考慮現有技術條

4、件，分析指出了大功率、多陣元相干偏振合成系統(tǒng)需研究和論證的關鍵技術問題。分析給出了系統(tǒng)主要影響因素對合成效率影響的工程評價方法，并自行設計實驗完成了驗證。
　　3、針對高功率、大陣元相干偏振合成系統(tǒng)需論證和解決的關鍵技術問題開展了較詳細的研究。自行設計實驗驗證了相位控制系統(tǒng)的矯噪能力，自行設計實驗測試了高亮度窄線寬保偏放大器的相位噪聲分布特性。論證了自主研制高亮度窄線寬保偏放大器用于高功率相干偏振合成系統(tǒng)的可行性，并提出了系統(tǒng)進一

5、步優(yōu)化的方法。為大功率、多陣元相干偏振合成系統(tǒng)設計了多路精度梯變式光程控制系統(tǒng)，對光程控制系統(tǒng)在復雜光譜下的可行性進行了初步實驗驗證。在此基礎上，對其用于大功率、多陣元相干偏振合成系統(tǒng)的可行性進行了分析說明，提出了進一步優(yōu)化的方法。設計實驗對自行研制的高亮度窄線寬保偏放大器的動態(tài)傾斜抖動幅度進行了測試，證明了其能夠用于大功率、多陣元相干偏振合成系統(tǒng)。基于高亮度窄線寬保偏放大器，對合成系統(tǒng)中各個元件的熱透鏡效應進行了測試，分析指出商業(yè)化準

6、直系統(tǒng)的熱透鏡效應將嚴重限制相干偏振合成系統(tǒng)向高功率、大陣元拓展。為了從根本上克服合成元件熱透鏡效應對合成效率的影響，從透鏡窗口選取、離焦補償方式選擇等方面進行了深入的研究，在研究的基礎上聯合研制出了大功率離焦補償性準直系統(tǒng)，并對其離焦補償精度、補償范圍等重要參數進行了測試，分析論證了其用于大功率、多陣元相干偏振合成系統(tǒng)的可行性。
　　4、構建了高功率相干偏振合成系統(tǒng)實驗平臺，開展了不同類型、不同功率水平光纖放大器的相干偏振合成實