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波长可调谐掺Yb3+双包层光纤激光器具有广阔的应用前景。本文报告对可调谐掺Yb3+双包层光纤激光器开展的理论和实验研究工作。
在综述稀土掺杂光纤激光器与可调谐光纤激光器的的研究背景的基础上，介绍可调谐掺Yb3+双包层光纤激光器的有关结构和工作原理，包括：掺Yb3+双包层光纤的结构和特性、双包层光纤激光器的泵浦耦合方式和谐振腔结构。然后讨论实现激光波长调谐所用的常见方法，并对闪耀光栅的衍射效应进行分析，比较闪耀光栅在Littrow及Littman两种方式下的工作原理。
从镱离子的能级结构和光谱特性出发，对单波长运转时的掺Yb3+双包层光纤激光器进行数值模拟，详细讨论了谐振腔腔镜反射率、散射损耗、光纤长度等参数对其输出特性的影响，分析了使掺Yb3+双包层光纤激光器系统输出功率最大时的光纤长度。为优化激光器结构及开展相应实验工作提供了理论依据。
进行了可调谐掺Yb3+双包层光纤激光器的实验研究，并成功研制了激光器样机。利用975 nm大功率半导体激光器进行单端后向泵浦，采用优化长度的掺Yb3+双包层光纤作为增益介质，用闪耀光栅构成后向输出Littrow腔，进行了可调谐实验。详细说明了实验中光纤端面的处理方法和光路校准方法等关键技术。对所搭建的实验系统进行了各项性能测试，得到宽波长调谐范围(1045～1125 nm)、高光束质量( M2x=1.23，M2y=1.20)、高输出功率(波长1089 nm处最高输出30 W)、性能稳定的可调谐掺Yb3+双包层光纤激光器。器件性能综合指标符合预期目标，达到国内领先水平。
本文所报告的可调谐高输出功率掺Yb3+双包层激光器的研究工作提高了我国在该器件研究方面的水平，为进一步开展该器件的研究及其开发应用创造了良好的条件。