MOPA光纖激光系統(tǒng)放大級增益光纖特性與高質量種子源關鍵技術研究.pdf

1、相比于普通的雙包層線形腔高功率光纖激光器，主振蕩光功率放大(MOPA)光纖激光系統(tǒng)具有結構靈活、效率高、體積小、重量輕、光束質量好等優(yōu)點。隨著光纖激光器應用領域的不斷拓展，如:超高精度傳感、臨床治療、工業(yè)加工、自由空間光通信、激光武器等領域，對于高功率和高光束質量的要求變得愈來愈高。未來MOPA光纖激光系統(tǒng)的發(fā)展趨勢將是兼具高功率和高光束質量的全光纖系統(tǒng)，研究方向將主要集中在兩個方面:放大級增益光纖的選型、設計和特性研究以及高質量種子源

2、光纖激光器及其關鍵技術研究。鑒于此，本論文的主要工作是放大級增益光纖內部殘余應力和折射率特性及高質量種子源光纖激光器關鍵技術研究，取得的主要研究成果和創(chuàng)新點如下:
　　(1)利用先進的三維殘余應力和折射率聯(lián)合表征技術，首次對大模場單模摻鉺光纖(LMA-SM-EDF)內部殘余應力和折射率特性進行了聯(lián)合表征，分別就光纖制作、光纖切割和電弧熔接等操作對LMA-SM-EDF內部殘余應力和折射率特性造成的影響和擾動進行了深入細致和定量的實驗

3、研究與理論分析。研究結果對于未來大模場面積增益光纖的設計、制作和應用以及高功率全光纖激光器和放大器的制作和優(yōu)化都具有重要的指導意義。
　　(2)首次對大模場單模摻鐿光纖(LMA-SM-YDF)的電弧熔接特性進行了深入研究，發(fā)現(xiàn)通常被忽略的熔接操作引起的殘余應力和折射率擾動對于光纖接續(xù)和模式傳輸特性的影響非常嚴重，并通過仿真模擬對造成的影響進行了定量的研究，結果證明熔接操作引起LMA-SM-YDF模場直徑變化率可達到39.6％，殘余

4、應力和凍結粘彈性釋放以及高濃度鐿離子的擴散共同引起的纖芯/包層折射率差變化率可達到75.8％。
　　(3)在對光纖Bragg光柵和光纖F-P濾波器進行理論和實驗研究的基礎上，提出一種基于F-P濾波器的單頻單偏振摻鉺光纖激光器。通過對光纖Bragg光柵進行簡單的拉伸調節(jié)，實現(xiàn)了4個單頻激光波長之間的可切換運行。經過5h測量，激光器的輸出波長波動小于0.01nm、功率波動小于0.04dB、偏振度(DOP)接近于100％、光信噪比高于6

5、0dB。如使用具有更寬反射譜特性的啁啾莫爾(Chirped Moire)光纖Bragg光柵F-P濾波器，本激光器的性能將會有進一步的提升。
　　(4)在對復合腔結構選模特性進行理論分析的基礎上，分別提出基于級聯(lián)非對稱復合三腔結構、并聯(lián)非對稱復合四腔結構和混合型復合腔結構的高質量單波長單頻摻鉺光纖激光器。級聯(lián)非對稱復合三腔結構和并聯(lián)非對稱復合四腔結構提供了兩種簡單、低成本的單頻光纖激光器實現(xiàn)方法，激光輸出質量優(yōu)秀、穩(wěn)定性高?；旌闲蛷?/p>

6、合腔結構由一個長有源線形主腔和一個短無源環(huán)形子腔構成，配合使用未泵浦摻鉺光纖可飽和吸收體，激光器實現(xiàn)了高穩(wěn)定的單頻輸出，在1h觀測時間內的波長和功率波動分別為小于0.7pm和0.07dB;輸出線寬為650Hz、光信噪比為67dB、偏振度接近100％、偏振消光比為30.57dB;通過使用特殊的光柵重涂覆技術，實現(xiàn)了約8.1nm的波長寬調諧范圍;激光器的大部分輸出指標參數均已高于已報道同類激光器。
　　(5)提出一種基于混合型復合三腔

7、結構的可切換以及波長間隔可調諧雙波長光纖激光器。在雙波長工作模式下，激光器的波長間隔可以從0.430nm調諧到4.487nm，而且兩個波長激光輸出具有相同的偏振方向，可以用于制作可調諧微波信號發(fā)生器。在單波長工作模式下，激光器既可工作于固定波長1544.108nm(λ1)處，也可作為可調諧激光器工作，調諧范圍為1544.538nm～1548.595nm(λ2)，而且兩個波長的線寬分別達到了760Hz和810Hz。無論工作在何種模式下，激

8、光輸出偏振消光比都達到了30dB以上，可以用于對單偏振要求較高的場合。此外，激光器具有高波長和功率穩(wěn)定性以及高輸出光信噪比。
　　(6)提出一種基于新型環(huán)形復合腔結構的可切換以及波長間隔可調諧雙波長光纖激光器。使用的復合腔結構具有優(yōu)秀的選模能力，激光器具有高輸出穩(wěn)定性和光信噪比。在雙波長工作模式下，激光器的波長間隔可以從0nm調諧到4.83nm，可以用于制作可調諧微波信號發(fā)生器，調諧范圍可達0～606GHz。在單波長工作模式下，激