论文摘要
光纤激光器由于其输出稳定、体积小易集成等优异性能而被广泛的应用在科研和生产的各个领域。在高功率的光纤激光器中,由于增益光纤对温度较为敏感,为了保证激光器的稳定运行,建立增益光纤中的热分布模型显得尤为重要。在全光纤锁模激光器中,寻找结构更简单、成本更低、输出更稳定的可饱和吸收体,也是人们长久以来的目标。因此,本文将研究内容聚焦在了光纤激光器的热分布模型,和基于非线性多模干涉效应的新型可饱和吸收体的研究上。针对增益光线中的温度分布和输出功率问题,建立了准确的热分布模型和输出模型,并对其进行实验验证,同时探究了铥光纤中红光转化为蓝光的机制。本文以单模双包层掺铥光纤激光器为原型,建立了包含交叉驰豫效应的速率方程,激光器稳态时的输出模型和热分布模型。实验搭建了主控振荡器的功率放大器结构的水冷光纤激光器,通过比较实验和仿真中的激光器量子效率和热分布情况,验证输出模型和热分布模型的准确性。又从实验和理论上解释了,双端泵浦铥光纤激光器的最高温度不在熔接点这一现象。并测试了单模双包层掺铥光纤（Nufern,SM-TDF-10P/130-M）的极限输出能力为103.51 W。针对铥光纤激光器中658 nm红光转化为457 nm蓝光的现象,从铥离子能级的角度,解释此现象的产生机理。由于应用的需要,设计并搭建了工作稳定的60 W风冷掺铥光纤激光器,从仿真到实验再次证明输出模型和热分布模型的准确性。针对非线性多模干涉结构可饱和吸收体的研究,本文提出了一种新型的,可用作可饱和吸收体的混合多模光纤结构（渐变折射率多模光纤-阶跃折射率多模光纤-渐变折射率模光纤）。通过理论分析,明确了影响多模光纤结构锁模特性的四个因素,以及如何去设计非线性多模干涉结构。实验搭建掺铒光纤激光器验证此结构锁模效果,得到脉宽为354 fs,中心波长在1559.71 nm,谱宽10.73 nm,频率为10.83 MHz的锁模脉冲输出。并实现正常锁模脉冲输出和孤子锁模脉冲输出的切换。实验比较不同结构的多模光纤结构的输出特性,光谱和脉冲的稳定性的差异,进一步证明本文提出的多模光纤结构的优良特性。本文为建立光纤激光器的输出模型和热分布模型提供了参考,可以将其应用在光纤激光器的设计上,用来改善激光器的设计只能依靠经验的现象。也为基于非线性多模干涉效应的可饱和吸收体提供了一种新的结构,并为非线性多模干涉结构的设计提供了方法。
论文目录
文章来源
类型: 硕士论文
作者: 史捷
导师: 姚勇
关键词: 光纤激光器,热分布模型,非线性多模干涉,锁模激光器
来源: 哈尔滨工业大学
年度: 2019
分类: 基础科学,信息科技
专业: 物理学,无线电电子学
单位: 哈尔滨工业大学
分类号: TN248
DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.005868
总页数: 60
文件大小: 2956k