镱铝硅光纤激光器的性能研究

论文摘要

随着科技的进步,光纤激光器由于高功率、高亮度和高效率等优点广泛应用于医疗和军事等领域,成为新一代激光器的代表。掺镱光纤激光器在高功率输出方面具有巨大潜力,以镱为核心增益介质的特种光纤的制备则直接影响着高功率光纤激光器的输出性能。本论文对镱掺杂铝硅二元体系光纤进行材料表征性能和激光性能研究,同时结合理论方法对其进行微观结构计算,并与实验结果进行对比分析,为掺镱光纤材料本征特性提供理论解释。最后对镱铝硅光纤研究结果进行综合分析,为改进镱掺杂光纤的配方与制作工艺提供数据对比,并提供相应改进意见。本论文主要研究内容如下:（1）采用螯合物气相掺杂法制备双包层镱掺杂铝硅光纤,并介绍理论计算的研究方法,即采用分子动力学模拟淬火过程得到熔石英模型,基于密度泛函理论的第一性原理对模型进行结构优化。（2）采用理论与实验相结合的方法对镱铝硅光纤进行材料表征性能研究。实验中对光纤进行截面元素分布、折射率分布、吸收光谱等性能表征测试,结果表明纤芯中的元素掺杂浓度和折射率分布相对均匀,但吸收能力相对较弱。理论计算中,构建Yb-AlSi团簇模型并进行性质计算,从原子层面证实了Yb离子在光纤中存在价态为+3价,以及吸收波长在976 nm附近,同时说明理论计算的可行性。（3）自主搭建镱铝硅光纤激光器测试系统,对光纤激光进行性能研究。主要包括对光纤进行斜率效率、激光光谱、光束质量、输出激光稳定性等方面测试。研究结果表明,输出激光光谱很纯净,泵浦光吸收完全,未出现非线性效应,在最高功率下进行长时间稳定性考核过程中输出功率未出现明显下降现象,但激光输出效率低下,光束质量因子增大,说明光纤内出现模式竞争,此现象不利于高功率激光输出。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 光纤激光器的研究背景
•   1.2 国内外高功率掺镱光纤激光器的研究现状
•     1.2.1 国外高功率掺镱光纤激光器发展现状
•     1.2.2 国内高功率掺镱光纤激光器发展现状
•   1.3 镱铝硅光纤激光器高功率受限因素
•     1.3.1 镱离子掺杂
•     1.3.2 非线性效应
•     1.3.3 模式不稳定
•   1.4 本论文主要研究内容
• 第二章 镱铝硅光纤制备技术与理论研究方法
•   2.1 光纤制备技术
•     2.1.1 双包层光纤结构
•     2.1.2 光纤制备
•     2.1.3 光纤拉制
•   2.2 理论基础和研究方法
•     2.2.1 密度泛函理论
•     2.2.2 分子动力学
•     2.2.3 材料计算模拟软件
•   2.3 本章小结
• 第三章 镱铝硅光纤材料表征性能研究
•   3.1 光纤表征性能实验测试
•     3.1.1 光纤截面元素分布
•     3.1.2 光纤折射率分布
•     3.1.3 光纤吸收测试
•   3.2 光纤理论模型构建与分析
•     3.2.1 几何结构
•     3.2.2 电子结构
•     3.2.3 光学性质
•   3.3 理论与实验结果对比分析
•   3.4 本章小结
• 第四章 镱铝硅光纤激光性能研究
•   4.1 镱铝硅光纤激光器测试系统
•   4.2 镱铝硅光纤激光器研制工艺
•   4.3 镱铝硅光纤激光性能测试参数
•     4.3.1 斜率效率与激光光谱
• 2'>    4.3.2 光束质量因子M²
•     4.3.3 高功率光纤激光器输出稳定性
•   4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 姜佳丽

导师: 刘刚

关键词: 高功率光纤激光器,镱铝硅二元体系光纤,理论计算,光纤性能研究

来源: 北京邮电大学

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: 北京邮电大学

分类号: TN248

总页数: 57

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