【摘 要】
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高功率光纤激光器在工业加工，国防，医疗以及科研等领域都有广泛的运用，但是由于非线性效应、光纤端面损伤以及热效应等因素的限制，单根光纤激光器的输出功率有限，通过多路光纤激光
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高功率光纤激光器在工业加工，国防，医疗以及科研等领域都有广泛的运用，但是由于非线性效应、光纤端面损伤以及热效应等因素的限制，单根光纤激光器的输出功率有限，通过多路光纤激光的组束技术可以进一步提高激光功率输出。由于相干组束和光谱组束等高亮度组束的技术特点，对单路激光器的输出特性也提出了更高的要求。本文主要针对应用于高亮度组束的高功率光纤放大器进行理论和实验研究，旨在优化激光器的输出特性，使其能更好的应用于高亮度组束系统。 (1)第一章综述了光纤激光器的发展，主要对光纤激光器的发展进程以及它的各种优势进行了说明，分析了限制高功率激光器功率提升的各种因素，介绍了窄线宽种子源方案和组束方案。 (2)第二章搭建了高功率窄线宽掺镱光纤放大器实验系统，对该高功率放大器的系统结构以及各放大级的输出特性进行了研究，包括功率、效率和光谱特性等。分别采用直接振荡光纤激光器和窄带ASE源为种子源，进行了功率放大，实验结果基本一致。研究了高功率窄线宽掺镱光纤放大器的整机化装配技术，实现了模块化和整机化。 (3)第三章主要研究了大模场面积光纤中的高阶模激发特性。随着光纤放大器输出功率的提升，高阶模的激发会造成输出光束质量的下降。实验上，研究了不同主放光纤弯曲半径下的高阶模激发的阈值特性，得到了高阶模激发的阈值变化规律。通过选取合适的光纤盘绕结构，成功抑制了光纤放大系统中的高阶模激发，得到了1.31kW近单模的激光输出，光束质量M2因子约为1.4。简要分析了高功率光纤放大器中的模式不稳定现象，通过对基模和高阶模相互作用的分析，将其与高阶模激发进行了比较说明。 (4)第四章主要研究了高功率光纤放大系统中的光谱展宽现象，分析了其可能的产生因素。通过四波混频的耦合方程和放大器中的功率传输方程，模拟了光纤放大器中四波混频效应产生边带频率的情况，具体分析了双波长和三波长时的边带频率输出情况，并拓展计算了多个波长时的边带频率问题，结果表明高功率光纤放大器中四波混频所导致的边带频率效应对光谱展宽具有一定影响。 (5)第五章对光纤放大器系统中的ASE效应进行了理论和实验研究，计算得到了各放大级中前向和后向ASE的功率分布情况，分析考虑了上下级放大器间的反馈问题，结果表明后级放大器的反向ASE光能显著增加前级放大器的反向ASE光输出。通过放大级间的光纤分束器测量了不同输出功率下的回光功率和光谱，得到了后向ASE随输出功率变化的规律，实验和理论符合较好。
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