光纤激光器的热分布及多模光纤被动锁模技术的研究
光纤激光器由于其输出稳定、体积小易集成等优异性能而被广泛的应用在科研和生产的各个领域。在高功率的光纤激光器中，由于增益光纤对温度较为敏感，为了保证激光器的稳定运行，建立增益光纤中的热分布模型显得尤为重要。在全光纤锁模激光器中，寻找结构更简单、成本更低、输出更稳定的可饱和吸收体，也是人们长久以来的目标。因此，本文将研究内容聚焦在了光纤激光器的热分布模型，和基于非线性多模干涉效应的新型可饱和吸收体的研究上。 针对增益光线中的温度分布和输出功率问题，建立了准确的热分布模型和输出模型，并对其进行实验验证，同时探究了铥光纤中红光转化为蓝光的机制。本文以单模双包层掺铥光纤激光器为原型，建立了包含交叉驰豫效应的速率方程，激光器稳态时的输出模型和热分布模型。实验搭建了主控振荡器的功率放大器结构的水冷光纤激光器，通过比较实验和仿真中的激光器量子效率和热分布情况，验证输出模型和热分布模型的准确性。又从实验和理论上解释了，双端泵浦铥光纤激光器的最高温度不在熔接点这一现象。并测试了单模双包层掺铥光纤（Nufern，SM-TDF-10P/130-M）的极限输出能力为103.51W。针对铥光纤激光器中658nm红光转化为457nm蓝光的现象，从铥离子能级的角度，解释此现象的产生机理。由于应用的需要，设计并搭建了工作稳定的60W风冷掺铥光纤激光器，从仿真到实验再次证明输出模型和热分布模型的准确性。 针对非线性多模干涉结构可饱和吸收体的研究，本文提出了一种新型的，可用作可饱和吸收体的混合多模光纤结构（渐变折射率多模光纤-阶跃折射率多模光纤-渐变折射率模光纤）。通过理论分析，明确了影响多模光纤结构锁模特性的四个因素，以及如何去设计非线性多模干涉结构。实验搭建掺铒光纤激光器验证此结构锁模效果，得到脉宽为354fs，中心波长在1559.71nm，谱宽10.73nm，频率为10.83MHz的锁模脉冲输出。并实现正常锁模脉冲输出和孤子锁模脉冲输出的切换。实验比较不同结构的多模光纤结构的输出特性，光谱和脉冲的稳定性的差异，进一步证明本文提出的多模光纤结构的优良特性。 本文为建立光纤激光器的输出模型和热分布模型提供了参考，可以将其应用在光纤激光器的设计上，用来改善激光器的设计只能依靠经验的现象。也为基于非线性多模干涉效应的可饱和吸收体提供了一种新的结构，并为非线性多模干涉结构的设计提供了方法。
光纤激光器;被动锁模;热分布;可饱和吸收体;非线性多模干涉
哈尔滨工业大学
硕士
物理电子学
姚勇
2019
中文
TN248.8
2020-11-26（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）