掺铥双包层光纤激光器的热效应分析和实验研究

为了分析温度对掺铥双包层光纤激光器的影响,本文在模拟了掺铥双包层光纤内泵浦功率密度沿光纤轴向分布的基础上,从热传导方程出发,推导了单端泵浦的掺铥双包层光纤内的温度分布,并数值模拟了其温度沿光纤轴向和径向的分布特性。表明在热传导过程中,热量主要沿光纤径向传输。根据模拟结果在实验中设计合适有效的散热装置,测得熔接一个泵浦模块时,采取散热装置后激光器的输出功率提高了19.3%;在此基础上熔接三个泵浦模块,测得每个模块的泵浦电流为36A时,激光器的输出功率为23.9 W。

掺铥双包层光纤激光器研究

掺铥光纤激光器所发射的2mm波段激光处于水分子吸收峰且对人眼安全,并且被认为是3～5mm光参量振荡的有效抽运源,因此具有巨大应用前景。围绕进口和国产掺铥双包层光纤展开了一系列研究,实现了光纤激光器的连续运转、脉冲运转、可调谐输出等。对进口光纤的光谱特性进行了较全面的研究,获得最大连续输出功率6W、斜率效率50%;采用国产掺铥双包层光纤,获得最大连续输出功率5.1 W、斜率效率41.9%;采用后向Littrow结构、以闪耀光栅作为选频元件,获得了2mm附近最大范围可达105nm的可调谐激光输出,且各调谐激光线宽均在2.2nm左右。采用声光调制器(AOM)作为Q开关,在调制频率为1kHz时,获得最高峰值功率4.2kW、最大脉冲能量840mJ、脉宽200ns的脉冲输出;在3kHz时获得了最短180ns的脉冲输出。对双端抽运方式也进行了研究。分析了腔镜透射率和激光介质长度对激光输出功率的影响,讨论了激光光谱的红移现象。

双端泵浦掺铥光纤激光器的实验研究

实验研究了半导体激光器双端泵浦的掺铥双包层光纤激光器,获得了最大功率为4.72 W的连续激光输出,在该输出功率下的中心波长为1 997.6 nm并且光谱范围较宽。实验中所采用两个半导体激光器泵浦源的最大入纤功率分别为11.48 W和8.74 W,对应中心波长分别为790.1 nm和787.2 nm。激光器斜率效率为33%。实验分析得出决定耦合系统耦合效率的主要环节是入纤过程中的损耗,包括光纤端面的不理想以及泵浦聚焦光斑与光纤不匹配。实验也证明影响功率提高的关键因素还在于输出端二色镜对激光的透过率和掺杂浓度一定下的增益光纤长度。

1.9~4.3 μm全光纤中红外超连续谱光源

利用在中红外波段具有低损耗的ZBLAN（ZrFt—BaF2-LaF3-A1Fs—NaF）氟化物单模光纤搭建了全光纤结构的超连续谱光源，将超连续谱在长波方向扩展到中红外波段。系统以波长为1550nm的纳秒脉冲半导体激光器作为种子源，采用主振荡功率放大结构实现了级联超连续谱产生。在前级超连续谱产生中将光谱预展宽到2．6／lm，再经掺铥双包层光纤放大器放大位于铥离子增益带宽内的光谱分量，最后抽运10m长的ZBLAN单模光纤，在光纤色散和非线性效应的作用下，获得了光谱覆盖1．9～4．3／am范围的中红外超连续谱输出，平均功率为185mw。