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高功率光纤激光器是目前激光领域最为活跃的研究方向之一,与其他固体激光器相比,光纤激光器因其体积小、重量轻、效率高、结构简单等特点,在工业、医疗、科研、军事等领域以展现出极其诱人的应用前景,受到人们的广泛关注。本文从光纤激光器的端面泵浦、侧面泵浦和全固化光纤激光器的方面对光纤激光器的泵浦技术进行了研究,目的是探索良好的泵浦方法,以提高光纤激光器的各项性能指标。
本文首先从理论上对双包层光纤内包层中的泵浦光和纤芯中的激光的传输机理进行了研究,获得了泵浦光在内包层中传输的条件及纤芯中单模激光的实现条件,并对内包层的形状影响掺杂纤芯的吸收情况进行了研究,近似地讨论了D形内包层中泵浦光在纤芯中的吸收情况。
本文然后对大功率半导体激光器列阵组的光束整形、滤波、非球面镜聚焦的系统进行了研究,主要在滤波器的设计、滤波小孔的选择及滤波器的调试等几个方面进行了研究,确保聚焦光斑被约束在双包层光纤端面的石英内包层范围之内,采用这套系统首先获得了50.3W的光纤激光输出,这套系统现在仍然应用于单光纤440W级的光纤激光器中。同时研究了在高功率运转的情况下两种保护双包层光纤端面免遭热损伤的方法。
其次,本文对采用微棱镜侧面耦合泵浦光的方法进行了研究,并在此基础上研究两种侧面耦合泵浦光的新方法,即D形石英柱体与双包层光纤侧面耦合的方法以及马蹄形棱镜与双包层光纤侧面耦合的方法。这两种侧面耦合泵浦光的方法简单易行,耦合效率都在80%以上。
最后,本文对全固化光纤激光技术进行了研究,主要涉及到大芯径多模石英光纤的端面熔接耦合技术、多个不需制冷只需简单风冷的小功率(2W以下)单管半导体激光器非相干组束技术以及全固化光纤激光器的后腔镜的设置方法研究。在光纤熔接方面,实验中探索了一套大芯径多模石英光纤端面熔接耦合的技术,采用电火花放电对直径为200微米的两光纤进行了端面熔接,损耗为0.15dB左右。在后腔镜的设置方面,本文研究了新型光纤光栅端面熔接法和传能光纤端面镀双色膜的方法,并对采用双色膜后腔镜的全固化光纤激光器进行了功能性的激光实验,获得了5.5W的激光输出,光-光转化效率为44%左右。