手机知网 App
24小时专家级知识服务
打 开
手机知网|搜索

高效率泵浦耦合及光纤激光器关键技术研究

刘鹏

  半导体激光器管芯与尾纤之间的高效率耦合是提高出纤功率、改善泵浦转换效率和输出光束质量的有效途径,成为当前激光技术领域的研究热点。本论文针对当前应用最广的条形激光二极管(LD)与单模光纤之间的耦合问题进行了系统深入的研究,并对光纤激光器的几个关键单元技术,如双包层稀土掺杂光纤泵浦吸收特性、大功率尾纤输出半导体激光器耦合器设计、可调谐掺铒光纤激光器制作进行了详细的理论与实验研究,获得了如下主要创新性研究成果: 1.针对半导体激光器与单模光纤的耦合问题,建立了条形激光二极管光场分布的椭圆高斯光束近似模型,并在此基础上建立了基于模式重叠积分理论的耦合模型。该模型有效解释了端面对准耦合情况下输出振荡的成因,同时肯定了微透镜光纤与LD之间的高效耦合机制。根据分析结果分别利用研磨法与电弧放电法制作了楔形微透镜光纤与具有曲面端头的微透镜光纤。 2.建立了基于本征模式展开与基于ABCD定律的高斯光束在渐变折射率光纤中的传播模型,并利用有限差分的束传播法对上述模型进行了验证。建立了基于组合透镜结合渐变折射率光纤及基于调焦望远镜与椭圆芯渐变折射率光纤的LD与单模光纤耦合系统,通过数值分析给出了相关容差,并验证了所建系统具有高效耦合特性。 3.建立了基于二维射线追迹法的双包层光纤泵浦吸收特性定性分析模型,以及基于复折射率纤芯理论与束传播法的双包层光纤泵浦吸收效率严格数值模型,并利用上述模型对几种不同类型双包层光纤的泵浦吸收特性进行了数值分析。结果显示,在相同对比参数下,D型与渐变折射率型双包层光纤的泵浦吸收性能最优。在此基础上,实验制作了优化设计的内包层结构分别为D形与正六边形的两种双包层掺铒光纤。 4.针对单尾纤输出的大功率半导体激光器,设计了基于透镜与低折涂覆纯硅芯光纤的耦合系统。针对19芯集束尾纤输出的大功率半导体激光器,制作了渐变石英锥整形器。 5.实验设计了基于应力可调光纤光栅与光纤环形器的可调谐掺铒光纤激光器,该类激光器线宽小于0.01m,边模抑制比大于50dB,最大可调谐范围达7nm,整体输出稳定。基于熊猫保偏光敏掺铒光纤实验制作了全光纤型线腔双波长激光器,通过调节腔内偏振控制器,可实现单双波长输出的灵活切换。……