《掺Yb3+双包层光纤激光器研究（学位论文-工学）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《掺Yb3+双包层光纤激光器研究（学位论文-工学）（59页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、华 中 科 技 大 学硕 士 学 位 论 文掺 Yb3+双 包 层 光 纤 激 光 器 研 究姓 名 ： 吴 俊 芳申 请 学 位 级 别 ： 硕 士专 业 ： 物 理 电 子 学指 导 教 师 ： 陈 培 锋20040401摘 要双 包 层 光 纤 激 光 器 目 前 可 谓 是 光 纤 激 光 器 家 族 的 佼 佼 者 它 使 用 包 层 泵 浦 技 术 使 光纤 激 光 器 摆 脱 了 小 功 率 器 件 的 地 位 把 输 出 光 束 的 大 功 率 高 质 量 和 光 纤 激 光 器 的 一切 优 点 集 于 一 身 又 因 其 光 纤 形 式 可 以 方 便 的 用 在 光 通
2、信 领 域 所 以 不 断 受 到 人 们 的 关注 本 文 研 究 以 二 极 管 激 光 器 做 泵 浦 源 以 掺 3 的 双 包 层 光 纤 为 增 益 介 质 采 用 腔 型 的 光 纤 激 光 器 本 文 所 做 的 理 论 和 实 验 方 面 的 研 究 主 要 有 以 下 几 个 方 面 1 在广泛查阅国内外文献的基础上 对国内外光纤激光器领域内的研究现状和发 展 方 向 进 行 了 综 述 介 绍 了 本 课 题 研 究 的 现 实 意 义2 介 绍 了 光 纤 激 光 器 的 基 本 理 论 描 述 了 Yb3+的 能 级 结 构 和 光 谱 特 性 显 示 出它 做 为
3、光 纤 掺 杂 离 子 的 优 越 性 双 包 层 光 纤 结 构 和 包 层 泵 浦 技 术 相 结 合 为 光 纤 激 光 器的 大 功 率 奠 定 了 基 础 从分析高斯光束的变换入手 推导出高斯光束在光纤间耦合时 参数选择的一 般 规 律 并 针 对 本 文 在 实 际 研 究 中 遇 到 的 特 定 情 况 设 计 了 一 套 耦 合 系 统 指 导 了 实验 的 开 展 对 自 行 设 计 制 作 的 掺 3 双 包 层 光 纤 激 光 器 进 行 了 实 验 研 究 观 察 了 激 光产 生 前 后 的 实 验 现 象 从 输 出 纵 模 输 出 功 率 斜 率 效 率 等 几
4、方 面 对 激 光 器 进 行 了 详 细分 析 还 特 别 注 意 到 了 光 纤 激 光 器 的 可 饱 和 效 应 并 做 出 了 合 理 解 释 分 析 了 实 验 中 存在 的 问 题 提 出 了 今 后 工 作 的 几 点 改 进 意 见关 键 词 光 纤 激 光 器 双 包 层 3 可饱和吸收 耦合 IAbstractDouble-clad fiber laser can be honoured as one of the twinkling stars in fiber laser family.The clad-pumping technology helped fiber
5、laser shake off the impression of low-power.Double-clad fiber laser syncretize the high-power and high-quality of laser beam and all ofthe virtues of fiber laser. In addition, it can be easily applied in optic-communications. So itdraws more and more attentions. The thesis details the experiment of
6、the Yb3+-dopeddouble-clad fiber laser, which is pumped by Laser Diodes and works in a F-P cavity. Themain theoretical and experimental researches are included in this thesis:(1) The state of the researches and the development way in the field of fiber laserworldwide are summarized based on comprehen
7、sive references reading, and the practicalsignificance of this research subject is introduced.(2) The basic theory of fiber laser is introduced; The energy level and spectrumcharacteristics of Yb3+ are detailed, which indicate its superiority to emit laser; Thecombination of double-clad fiber and cl
8、ad-pumping technology paves the way to high-powerfor fiber.(3) After analyze the changing of Gaussian beam, it is studied that the coupling ofGaussian beam between fibers. The general law in deciding the parameters of couplingsystem is deduced. A special coupling system is designed accordingly to co
9、uple LDs into theYb3+-doped fiber.(4) The experiment of Yb3+-doped double-clad fiber laser is carried out. The process oflaser naissance is observed, and several output characteristics of the laser, includinglongitudinal mode, power and slope efficiency are analyzed at large. The phenomenon ofsatura
10、ble absorber is explained. There are some problems in the experiments, then someimprovement suggestions are presented.Key Words: fiber laser double-clad Yb3+ saturable absorber couplingII1 绪 论1.1 引 言在 信 息 技 术 高 速 发 展 的 今 天 人 们 对 信 息 的 不 断 追 求 和 信 息 业 务 的 日 益 增 多 促 使通 信 系 统 不 断 地 向 高 速 率 大 容 量 和 长 距
11、离 方 向 发 展 传 统 的 电 的 时 分 复 用 系 统 的 扩 容潜 力 已 尽 而 光 纤 线 路 的 传 输 速 率 在 理 论 上 能 够 达 到 10Tb/s1 而 目 前 才 利 用 了 光 纤 带宽 资 源 的 不 到 1% 密 集 波 分 复 用 DWDM 技 术 及 全 光 网 络 的 研 究 与 发 展 为 解 决 这一 问 题 指 明 了 方 向 把 这 两 种 技 术 相 结 合 不 仅 可 大 幅 度 提 高 系 统 传 输 容 量 还 将 带 来一 系 列 其 他 好 处 比 如 不 需 进 行 光 电 信 号 间 的 转 换 因 此 对 信 息 的 调 制
12、方 式 传 送 制式 传 输 速 率 透 明 不 但 简 化 网 络 省 去 了 光 电 信 号 转 换 时 所 需 设 备 还 使 网 络 具 有可 扩 充 性 和 可 重 构 性 网 络 中 信 号 的 产 生 来 自 激 光 器 如 果 激 光 器 选 用 光 纤 形 式 就 向全 光 网 络 的 实 现 推 进 了 一 步其 实 光 纤 激 光 器 并 不 是 新 器 件 它 的 历 史 几 乎 和 激 光 器 本 身 的 历 史 一 样 长 1961年 美 国 光 学 公 司 (American Optical Company)的 E.Snitzer 等 人 就 在 光 纤 激 光
13、器 领 域 进 行了 开 创 性 的 工 作 但 由 于 当 时 条 件 所 限 光 纤 激 光 器 的 研 究 逐 渐 停 了 下 来 而 与 此 同 时半 导 体 激 光 器 件 得 到 了 迅 猛 发 展 光 纤 激 光 器 再 次 成 为 研 究 的 热 点 是 在 上 世 纪 八 十 年代 当 时 英 国 Southampton 大 学 的 S.B.Poole 等 用 MCVD 法 制 成 了 低 损 耗 的 掺 铒 光 纤而 掺 铒 光 纤 激 光 器 的 激 射 波 长 恰 好 位 于 通 信 光 纤 的 低 损 耗 窗 口 很 适 合 用 作 光 纤 通 信 的光 源 2 这
14、为 光 纤 激 光 器 的 发 展 带 来 了 新 的 前 景 随 着 光 纤 通 信 系 统 的 广 泛 应 用 和 发 展超 快 速 光 电 子 学 非 线 性 光 学 光 传 感 等 各 种 领 域 应 用 的 研 究 已 得 到 日 益 重 视 其 中光 纤 激 光 器 在 降 低 阈 值 波 长 范 围 波 长 可 调 谐 性 能 等 方 面 已 明 显 取 得 进 步 是 目 前光 通 信 领 域 的 新 兴 技 术 将 它 用 于 现 有 的 通 信 系 统 可 支 持 更 高 的 传 输 速 度 是 未 来 高码 率 密 集 波 分 复 用 系 统 和 相 干 光 通 信 的
15、基 础 光 纤 激 光 器 技 术 是 当 今 光 电 子 技 术 研 究 领域 中 最 前 沿 的 研 究 课 题 之 一 尤 其 是 高 功 率 光 纤 激 光 器1.2 光 纤 激 光 器 的 分 类使 用 不 同 的 方 法 可 对 光 纤 激 光 器 进 行 不 同 分 类 如 根 据 光 纤 激 光 器 的 谐 振 腔 采 用 的结 构 可 以 将 其 分 为 Fabry-Perot 腔 和 环 行 腔 两 大 类 也 可 根 据 输 出 波 长 数 目 将 其 分 为 单 波长 和 多 波 长 等 这 里 根 据 受 激 物 质 物 理 特 性 光 纤 激 光 器 基 本 上 可
16、 分 为 四 类 31 稀 土 类 掺 杂 光 纤 激 光 器 晶 体 光 纤 激 光 器 塑 料 光 纤 激 光 器 光 纤 非 线 性 效 应 激 光 器 此 外 光 纤 孤 子 激 光 器 是 一 种 特 殊 的 激 光 器 对 于 光 纤 通 信 具 有 非 常 重 要 的 意 义1.2.1 稀 土 类 掺 杂 光 纤 激 光 器这 类 激 光 器 利 用 所 掺 稀 土 元 素 的 吸 收 带 吸 收 泵 浦 光 实 现 粒 子 数 反 转 然 后 受 激辐 射 产 生 激 光 所 掺 稀 土 元 素 包 括 Er3+ Nd3+ Tm3+ Ho3+ Yb3+ Dy3+ Ev3+ Sm3+Dr3+ 以 及 Pr3+ 等 目前开发研制的光纤激光器主要采用掺稀土元素的光纤作为增益介质 由 于 光 纤 激 光 器 中 光 纤 纤 芯 很 细 在
