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1、1 11 11 1 学 士 学 位 论 文 端面泵浦方式对光纤激光器 斜率效率的影响 姓姓 名 名 张三 学学 号 号 指指导导教教师师 李四 王五 院院系系 部部所所 物理与电子工程系 专专 业 业 物理学 完完成成日日期期 2012 年 03 月 20 日 摘 要 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 本文将从理论和实验两方面进行研究端面泵浦方式对光纤激光器斜率效率的影 响 本文利用国产掺镱粗芯 D 型双包层光纤 进行了正向和
2、反向端面泵浦实验 研究 实验发现反向泵浦时转化效率较高 正向泵浦时获得 193W 的激光输出 对应着最大入纤功率 280W 斜率效率约为 70 反向泵浦获得 243W 的激光 输出 对应着最大入纤功率 310W 斜率效率约为 78 理论部分从速率方程 出发 模拟计算了直线腔掺镱光纤激光器内部的功率分布 给出了不同泵浦方 式下输出功率与光纤长度的关系 跟实验部分符合较好 关键词 光纤激光器 正向泵浦 反向泵浦 斜率效率 AbstractAbstract Fiber laser is one of the most active research direction in laser fields
3、 Comparing with other solid laser fiber laser has demonstrated a most attractive foreground in industry medicine science research military affairs and so on because of its little volume light weight high efficiency and simple architecture In this thesis theoretical and experimental study on end of f
4、iber laser pump efficiency way A high power Ytterbium doped fiber laser YDFL with homemade double clad fiber DCF is introduced in this paper The forward and backward pumping configuration is studied experimentally and theoretically When forward pumping by maximum launched power of 280W Output of 193
5、W is obtained with a slope efficiency of 75 When backward pumping by maximum launched power of 310W Output of 243W is obtained with a slope efficiency of 78 The fact that efficiency of backward is higher can be deduced theoretically by solving the rate equations Key words fiber laser forward pumping
6、 reverse pumping slope efficiency Comment 冬冬1 目录为自动生成 页码为 word 利用 目录区域 自动计算 所得 不是手工输入的 论文内容或结构调整后 应 全选后按 F9 更新目录域和其 他哉 目目 录录 第 1 章 绪论 1 1 1 引言 1 1 2 双包层光纤激光器的特点 3 1 3 本文的研究意义和主要内容 3 第 2 章 端面泵浦方式对光纤激光器的理论分析 4 2 1 激光器的基本工作原理 4 2 2 双包层光纤基本结构和工作原理 4 2 3 计算结果与分析使用 MATHTYPE输入公式 5 2 4 本章小结 8 第 3 章 端面泵浦方式对光
7、纤激光器的实验研究 9 3 1 实验研究 9 3 2 本章小结 9 第 4 章 光纤激光器斜率效率影响的研究总结和展望 10 参考文献 11 致 谢 12 端面泵浦方式对光纤激光器斜率效率的影响 作者 张三 第 0 页 共 1016 页 第 1 章 绪论 1 1 引言 本文加注了 批注 word2003 中 在打印之前请删除批注 或者仅打印 文档 而不是默认情况下 显示标记的文档 如下图所示 逐一删除批注的方法是 右键单击某一批注 点选 删除批注 删除全文批注的方法是 单击审阅工具栏中点击 右边小箭头 点选 删除文档中所有批注 如果审阅工具栏 本文还会用到脚注 题注 交叉引用 目录 域 书签等
8、概念 如下图 Comment 冬冬2 这里是利用 插 入尾注 功能实现的 不是手工 写上的 好处是参考文献会按顺 序在文末排列 学院要求用方括号表示 建 议在论文定稿后 按 Ctrl f 在 查找内容 文本框里面输入 e 在 替换为 文本框中 输入 另一方面是基于泵浦机 制的改进 Comment 冬冬7 复制前文 图形 题注 自动生成 图 2 1 其 中 2 为章号 1 为顺序号 Comment 冬冬8 利用 交叉引用 端面泵浦方式对光纤激光器斜率效率的影响 作者 张三 第 3 页 共 1016 页 第 2 章 端面泵浦方式对光纤激光器的理论分析 2 1 激光器的基本工作原理 22 掺镱光纤激
9、光器的基本工作原理是 泵浦光将粒子从基态能级抽运到高 能级 被抽运到高能级的粒子通过无辐射跃迁迅速转移到亚稳态的激光上能级 形成粒子数反转 最后通过受激辐射跃迁回到基态能级 同时将能量以光子形 式释放 产生激光 4 泵浦波长 976nm 图 2 1光石英光纤中 Yb3 十激光跃迁机制示意图 室温 当泵浦光波长为 976nm 时 存在两种可能的激光跃迁过程 如图 2 1 所示 过程 I 对应的跃迁为 d c 发射的中心波长为 1075nm 过程 对应的跃迁为 d b 发射中心波长为 1031nm 2 2 双包层光纤基本结构和工作原理 图 2 2 a 是双包层光纤的结构示意图 它由四部分构成 1
10、纤芯 2 内 包层 3 外包层 4 保护层 不难看出 双包层光纤与常规光纤的区别在于能 提供包层波导 纤芯和传统的单模光纤纤芯相似 专用于传输信号光 并实现 对信号光的单模放大 而内包层 较大的纤芯 则用于传输不同模式的多模泵浦 光 如图 2 2 所示 耦合进包层的泵浦光在其中传播 每次穿过纤芯时 被纤 芯中的掺杂元素 如 Yb3 Nb3 等 所吸收 将掺杂元素的原子泵浦到上能级 产生激光输出 0 Comment 冬冬9 利用复制粘贴 选中 F9 端面泵浦方式对光纤激光器斜率效率的影响 作者 张三 第 4 页 共 1016 页 a 径向图 b 轴向图 图 2 2 光纤横截面照片 2 3 计算结
11、果与分析使用 mathtype 输入公式 我的 word2007 安装 Mathtype6 5 后 看上去这个样子 在一行文字中输入公式 如这种效果 这称为 inline 输入 可点12 击工具栏中的 在弹出的工作窗口可以随意输入公式 如果要输入如下带编号的公式 可点击 MERGEFORMAT 3 2 3 2 apeppp NzPz 将上式复制一次 粘贴 选中 按 F9 得到 MERGEFORMAT 4 2 4 2 apeppp NzPz 编号是顺次自动增加的 前一下数字表示 分节号 后一数字表示 顺 序号 我们的论文要求前一数字为 章号 因为我们要告之 mathtype 如何 端面泵浦方式对
12、光纤激光器斜率效率的影响 作者 张三 第 5 页 共 1016 页 按 章 分节 如上图所示 点击 chapers sections 可以进行分节 我们在本文第二 章开头 即 2 1 正文前的位置按下 把此位置作为 下一节的开始 也就说这之前是第 1 节 这之后是第 2 节 这后面的公式都以 2 打头顺序排列 如 2 1 2 2 同理在第 2 章末或第 3 章开头 再次点击 依此类推为各章设置好 section 则 mathtype 就能顺利编号 通过点按 Alt F9 可以查看域代码 再次按下返回正常显示 下图是第 2 章开头 mathtype 分节 时产生的域代码 类似于 word 交叉引
13、用 mathtype 提供引用公式的方法 好处是当公式 前后位置发生变化 公式编号是随着更新 保持正确的因果关系 比如 下面这条文字是如何输入的 公式 MERGEFORMAT 中的下脚标 p 表示泵浦光 s 表示信号光 注意这里 MERGEFORMAT 不是直接输入的 而是 mathtype 引用 用鼠 标点选可以看到阴影 说明这是域 通过右键可以查看域代码 是这样来操作的 在你需要引入公式的位置 比如 句 鼠标停在 式 后 中 之前 点下 插入引用 按钮 在弹出的如下窗口 中点确定 Comment 冬冬10 这个 5 也不是手 工输入的 我在原公式处添加了 一个 书签 然后利用 交叉 引用
14、引用书签所在页 端面泵浦方式对光纤激光器斜率效率的影响 作者 张三 第 6 页 共 1016 页 然后按双击您要引用的公式编号 比如双击 5 页的 MERGEFORMAT 则 MERGEFORMAT 就出面在您需要的地方 有时调整 word 格式后 mathtype 公式会不在一行的中间 与同行的文字 相比偏上 这时一种方法是双击公式 在编辑状态下复制 然后退出编辑状态 粘贴 这时 重新制作 的公式是正常的 如果公式太多 上述方法不太适用 这时可以点击 mathtype 工具栏中的 Format equations 对全文公式统一设置 点中 whole document 对全文公式实施操作 点
15、击 browse 选择默 认的 defaut 格式文件 确定即可 这里可以看到 work 文档各页快速闪过 片刻全部公式都正常了 就可以求得和 即激光功率随光纤的分布 如图 2 4 和图 2 5 p Pz s Pz 所示 横坐标是光纤长度即 15m 纵坐标是不同位置处的功率 四条曲线代表正 端面泵浦方式对光纤激光器斜率效率的影响 作者 张三 第 7 页 共 1016 页 向传播及反向传播的信号光及泵浦光功率分布 各功率的符号及意义由图 2 3 给出 图 2 3 端面泵浦示意图 2 4 本章小结 本章从理论出发 在有关研究工作的基础上分别研究了正向泵浦和反向泵 浦方式对光纤激光器斜率效率的影响
16、并分析了不同泵浦方式下输出功率与光 纤长度的关系 5 理论分析表明 泵浦方式的不同对光纤激光器斜率效率的影响不同 各种情 况下的图形对比与实验部分符合较好综合考虑各个因素 选择合适的泵浦方式 有助于改善激光器的斜率效率 对激光器的优化设计具有重要意义 P 0 zPp Z 0 Z L zPp zPs zPs pL R 0s R 0p R sL R P L 端面泵浦方式对光纤激光器斜率效率的影响 作者 张三 第 8 页 共 1016 页 第 3 章 端面泵浦方式对光纤激光器的实验研究 3 1 实验研究 512 实验中所用光纤为武汉烽火通信科技股份有限公司拉制的掺镱双包层 光纤 芯径为 30 m D 型内包层直径为 450 400 m 长度为 15m 这样既能保 证泵浦阈值功率不太大 泵浦光又能充分吸收 使输出功率比较大 050100150200250300350 0 50 100 150 200 250 Backward pumping with only LD2 Forward pumping whth only LD1 Output power W Launched power W 图
