30000字硕士毕业论文晶体光纤激光器及相关合成技术
论文类型：硕士毕业论文
论文字数：30000字
论点：光纤,激光器,相干
论文概述：
自从1960年第一台红宝石激光器问世以来，激光作为一门新颖的科学技术逐步被应用于各个科学领域，对加速各项科学技术的发展起到了积极而深刻的影响。高功率光纤激光器以其卓越的稳定性
论文正文：
第一章绪论 自从1960年第一台红宝石激光器问世以来，激光作为一门新颖的科学技术逐步被应用于各个科学领域，对加速各项科学技术的发展起到了积极而深刻的影响。高功率光纤激光器以其卓越的稳定性、较好的光束质量、简便的使用方法及可调谐等众多特点，成为第三代激光技术的代表，并成为全面提高传统激光器及激光技术的领航者。光纤激光器是在掺饵光纤放大器((EDFA)技术基础上发展起来的技术。 早在1961年，美国光学公司的E.Snitzer等就在光纤激光器领域进行了开创性的工作[’]，但由于相关条件的限制，其实验进展相对缓慢。而80年代英国Southampton大学的S.B.Poole等用分子化学气相沉积(MCVD)法制成了低损耗的掺饵光纤，从而为光纤激光器带来了新的前景。随着光纤通信系统的广泛应用和发展，超快速光电子学、非线性光学、光传感等各种领域应用的研究已得到日益重视。其中，以光纤作基质的光纤激光器，在降低闭值、振荡波长范围、波长可调谐性能等方面，已明显取得进步，是目前光通信领域的新兴技术，它可以用于现有的通信系统，使之支持更高的传输速度，是未来高码率密集波分复用系统和未来相干光通信的基础。 目前光纤激光器技术是研究的热点技术之一。作为激光技术的前沿课题，高功率光纤激光器结合了当今最新的半导体激光器光纤祸合模块技术、固体泵浦技术以及双包层稀土掺杂光纤制作技术，高功率激光二极管泵浦连续运转，高功率光纤激光器的研究工作取得了一系列重大进展，并实现了产品化，单根光纤的输出功率提高到6kW，使得它在以光通信、光纤传感、光谱学分析等地方应用的基础上，进一步延伸到如工业加工，激光医疗，空间通信等地方。光纤激光器的基本结构与特点光纤激光器主要采用掺稀土元素的光纤作为增益介质的激光器，其结构与固体激光器结构基本相同，如图1-1-1所示。光纤激光器主要由泵浦源，祸合装置，掺稀土元素增益光纤，谐振腔等部分构成。 泵浦源由一个或多个大功率半导体激光器构成，其发出的泵浦光经特殊的泵浦祸合装置，祸合进掺稀土元素的增益光纤中，这段增益光纤被放置在两个不同反射率的腔镜之间，一般激光输出端的腔镜反射率较低，另一个腔镜则具有较高的反射率。由于光纤激光器中光纤纤芯很细，在泵浦光的作用下光纤内极易形成高功率密度，造成激光工作物质的激光能级“粒子数反转”， 在腔镜的反馈与模式选择下形成稳定的激光振荡，并通过光纤介质从输出端的腔镜输出激光[(=}l0泵浦源祸合系统增益光纤光学准直系统︷l一一︷l一1111}一t______J谐振腔激光光束图1-1-1光纤激光器的基本结构与其它类型的激光器相比，光纤激光器具有结构简单、散热效果好、转换效率高、闭值低等优点，主要特点有:(1)光纤激光器能方便地改变增益光纤的长度，使泵浦光能被充分地吸收，从而提高其光一光转换效率及斜率效率，这是其他传统激光器所难以实现的。(2)由于光纤激光器的增益光纤为圆柱形几何尺寸，而且激光介质本身就是波导介质，因此祸合效率较高;光纤的纤芯直径一般较小，可方便地与目前的光纤传输系统高效连接，并与现有的光纤器件相匹配，可以制作出完全由光纤器件组成的全光纤传输系统。(3)光纤激光器的光纤表面积较大，具有较好的散热效果，可以在无强制冷却的情况下连续工作，而其他传统激光器则需在特殊的冷却条件下才能连续工作。(4)增益光纤具有良好的柔性，因此光纤激光器具有灵活的机构设计，有利于在光纤通信、医疗器械等方面的应用;同时还可借助于光纤祸合器，构成各种柔性谐振腔，使激光器的结构更紧凑更稳定。(5)增益光纤纤芯结构具有灵活的尺寸设计，容易实现单模、单频及超短脉冲光纤激光器。(6)光纤激光器具有较多的可调谐参数，能获得较宽的调谐范围、良好的单参考文献[1]E.Snitzer, Optical maser action of Nd3+ in a barium crown glass, Phys. Rev. Lett., 1961,[2]7(12):441-444.S.B.Pools, D.N.Payne, M.E.Fermann, Fabrication of low-loss optical fibers containingrare-earth ions, Electron. Lett., 1985, 21(17):737-738.聂秋华，光纤激光器和放大器技术，电子工业出版社，1997http://www.photonicsonline.com/article.mvc/IPG-Photonics-Introduces-The-Worlds-First-Com-0001?VNETCOOKIE=NO.E.Snitzer, H.Po, ftHakimi, et al., Double-clad offset core Nd fiber laser, Optical FiberCommunication Technical Digest., OSA, 1988, PDS.H.Po, E.Snitzer, R.Tummelini, et al., Double clad high brightness Nd fiber laser pumpedby GaAIAs phased array, Proc. OFC, Houston, TX, 1989, PD7.H.Po, J.D.Cao, B.M.Laliberte, High power Neo dymium-doped single transverse modefibre laser, Electron. Lett., 1993, 29(17):1500-1501.H.Zellmer, U.Willamowski, A.Tunnermann, High-power CW neodymium-doped fiber laseroperating at 9.2W with high beam quality, Opt. Lett., 1995, 20(6):578-580.H.M.Pask, J.L.Archambault, D.C.Hanna, Operation of cladding-pumped Yb3+doped silicafibre lasers in lpm region, Electron. Lett., 1994, 30(11):863-865.VDominic, S.Maccormack, R.Waarts et al., 110 W fiber laser, Electron. Lett., 1999,35(14):1158-1160.J.Limpert, A.Liem, S. Hofer, et al., 150W Nd/Yb codoped fiber laser at 1.1 pm, OSATrends in Optics and Photonics (TOPS)-Conf. on Lasers and Electro-optics. V Gapontsev, W.Krupke, Fiber lasers grow in power, Laser Focus World, 2002,38(8):83-87.J.Nilsson, J.K.Sahu, Y.Jeong, et al., High Power Fiber Lasers: New Developments, Proc.SPIE, 2003, 4974:50-59.Y.Jeong, J.k.Sahu, Ytterbium-doped larger-core fiber laser with 1kW of continuous-wave摘要 5-6 Abstract 6-7 目录 8-11 第一章 绪论 11-23 1.1 光纤激光器的基本结构与特点 11-13 1.2 高功率光纤激光器的发展 13-18 1.2.1 双包层光纤激光器的研究进展 14-16 1.2.2 光子晶体光纤激光器的研究进展 16-18 1.3 光纤激光器相干合成技术的研究进展 18-20 1.4 光子晶体光纤激光器相干合成的优势 20 1.5 本文的研究重点及意义 20-23 第二章 掺镜光子晶体光纤激光器 23-36 2.1 镜(Yb~(3+))离子的能级结构及光谱特性 23-25 2.2 光纤激光器的谐振腔结构与输出特性 25-27 2.3 掺杂光纤的双包层结构及特性 27-30 2.4 光子晶体光纤 30-36 2.4.1 光子晶体的概念 31 2.4.2 PCF的结构 31-32 2.4.3 PCF的分类 32-33 2.4.4 PCF的特性 33-34 2.4.5 PCF的制备 34-36 第三章 高功率光子晶体光纤激光器的实验研究 36-41 3.1 PCF激光器的实验研究 36 3.2 实验装置及原理 36-37 3.3 光纤吸收系数对光纤激光器沿光纤长度方向温度分布的影响 37-38 3.4 实验结果分析 38-40 3.5 实验结论 40-41 第四章 光子晶体光纤激光器的相干合成 41-64 4.1 光纤激光器光束合成技术 41 4.2 相干合成技术原理及几种实现方式 41-44 4.2.1 MOPA技术 42-43 4.2.2 多芯光纤自组装 43-44 4.2.3 光栅外腔相干合成 44 4.3 影响被动式相干合成的因素 44-45 4.4 自成像腔结构的两光纤激光器相干合成实验研究 45-50 4.4.1 实验装置与原理 46-47 4.4.2 实验结果与讨论 47-49 4.4.3 实验方案的扩展性 49-50 4.5 迈氏腔结构的两光纤激光器相干合成实验研究 50-55 4.5.1 实验装置及原理 50-51 4.5.2 实验结果与分析 51-52 4.5.3 迈氏腔相干相长与相干相消的原理分析 52-53 4.5.4 输出光谱的分析 53-55 4.5.5 迈氏腔结构的扩展方案 55 4.6 两光纤激光器透射光注入的相干合成实验研究 55-59 4.6.1 实验装置及原理 55-57 4.6.2 实验数据分析 57 4.6.3 输出光谱与相干现象的分析 57-59 4.6.4 实验方案的扩展性与结论 59 4.7 后向注入式相干合成的实验研究 59-62 4.7.1 实验装置图及原理 60-61 4.7.2 实验数据分析 61 4.7.3 相干现象的检测 61-62 4.7.4 实验小结 62 4.8 高功率光纤激光合成方案的扩展性 62-64 第五章 总结 64-66 5.1 本文的主要研究成果 64 5.2 进一步工作的思考和建议 64-66 参考文献 66-74 研究生期间发表的论文及申请专利 74-75