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1、华 中 科 技 大 学硕 士 学 位 论 文掺 镱 双 包 层 脉 冲 光 纤 激 光 器 研 究姓 名 ： 梅 林申 请 学 位 级 别 ： 硕 士专 业 ： 物 理 电 子 学指 导 教 师 ： 王 英20051104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
2、光 通 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 Yb3+的 双 包 层 光 纤 为 增 益 介 质 ，种 子 源 放 大 技 术 实 现 的 脉 冲 光 纤 激 光 器 。 本 文 所 做 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 ， 重 点 介 绍 了 高 功 率 光 线 激光器 相 对 于 高 功 率 固 体 激 光 器 的 优 势 ，介 绍 了 本 课 题 研 究 的 现 实 意
3、义 。(2) 分析了各种侧面泵浦耦合方式的优劣，并对光纤角度磨抛侧面泵浦耦合方式做了 模 拟 仿 真 ， 分 析 了 多 模 光 纤 磨 抛 角 度 和 耦 合效率 之 间 的 关 系 ， 并 分 析 了 这 一 关 系 随光 纤 参 数 的 变 化 情 况 ， 指 出 了 今 后 实 验 中 参 数 选 择 应 满 足 的 要 求 。(3) 详细阐述了种子脉冲放大方式的脉冲光纤激光器工作原理，并借助行波放大的暂 态 方 程 对 在 双 包 层 掺 Yb3+光 纤 中 采 用 975nm 光泵浦，放大 1064nm 小种子脉冲从而获 得 高 峰 值 功 率 激 光 脉 冲 的 这 一 过 程
4、做 数 值 分析， 主 要 分 析 了 ： 在 某 个 泵 浦 功 率 下 初始 反 转 粒 子 数 分 布 ； 不 同 的 峰 值 功 率 的 输 入 激光脉 冲 对 反 转 粒 子 数 消 耗 情 况 ； 在 不 同功 率 的 种 子 脉 冲 输 入 情 况 所 对 应 的 激 光 输 出 。关键词：激光器 脉 冲 光 纤 激 光 器 双 包 层 掺 Yb3+光 纤 MOPA 侧 面 泵 浦IAbstractDouble-clad fiber laser can be honoured as one of the twinkling stars in fiber laserfamily.
5、The clad-pumping technology helped fiber laser shake off the impression oflow-power. Double-clad fiber laser syncretize the high-power and high-quality of laser beamand all of the virtues of fiber laser. In addition, it can be easily applied inoptic-communications. So it draws more and more attentio
6、ns. The thesis details the researchof the Yb3+ doped double clad fiber laser used in master-oscillator power amplifier(MOPA)system which pumped by Laser Diodes. The main theoretical and experimental researchesare included in this thesis:(1) The state of the researches and the development way in the
7、field of fiber laserworldwide are summarized based on comprehensive references reading, and the practicalsignificance of this research subject is introduced.(2) The side-pumping structures especially which have been adopted in experiments areintroduced. And an efficient and potentially robust side-c
8、oupling scheme have demonstrated.The couplerloss simulation as a function of tilt angle are showed in a graph.(3) Theoretical numerical analysis of the transient-state of the Yb3+ doped double cladfiber laser used in master-oscillator power amplifier (MOPA) system has been preformed.The pump power d
9、ensity distribution and reverse population density distribution, the effectof fiber length and input light pulse energy on output power have been analyzed. Theseresult can be benefit for the design of MOPAs parameters such as fiber length, pump powerand master-oscillators power in experiment.Key wor
10、ds: lasers pulse fiber laser Yb3+ doped double clad fiber MOPAside-pumpingII独 创 性 声 明本 人 声 明 所 呈 交 的 学 位 论 文 是 我 个 人 在 导 师 指 导 下 进 行 的 研 究 工 作 及 取 得 的研 究 成 果 。 尽 我 所 知 ， 除 文 中 已 经 标 明 引 用 的 内 容 外 ， 本 论 文 不 包 含 任 何 其 他 个 人或 集 体 已 经 发 表 或 撰 写 过 的 研 究 成 果 。 对 本 文 的 研 究 做 出 贡 献 的 个 人 和 集 体 ， 均 已在 文 中 以
11、明 确 方 式 标 明 。 本 人 完 全 意 识 到 本 声 明 的 法 律 结 果 由 本 人 承 担 。学 位 论 文 作 者 签 名 ：日 期 ： 年 月 日学 位 论 文 版 权 使 用 授 权 书本 学 位 论 文 作 者 完 全 了 解 学 校 有 关 保 留 、 使 用 学 位 论 文 的 规 定 ， 即 ： 学 校 有 权 保留 并 向 国 家 有 关 部 门 或 机 构 送 交 论 文 的 复 印 件和电 子 版 ， 允 许 论 文 被 查 阅 和 借 阅 。 本人 授 权 华 中 科 技 大 学 可 以 将 本 学 位 论 文 的 全 部或部 分 内 容 编 入 有 关
12、数 据 库 进 行 检 索 ，可 以 采 用 影 印 、 缩 印 或 扫 描 等 复 制 手 段 保 存 和 汇 编 本 学 位 论 文 。保 密 ， 在 年 解 密 后 适 用 本 授 权 书 。本 论 文 属 于不 保 密 。（ 请 在 以 上 方 框 内 打 “ ”）学 位 论 文 作 者 签 名 ： 指 导 教 师 签 名 ：日 期 ： 年 月 日 日 期 ： 年 月 日1 绪论1.1 引 言光 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
13、Company)的 E.Snitzer 等 人 就 在 光 纤 激 光 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
14、窗 口 ， 很 适 合 用 作 光 纤 通 信 的光 源 1。 这 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
15、 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 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 。对 掺 杂 光 纤 作 为 增 益 介 质 的 光 纤 激 光 器 的 研 究 始 于 20 世 纪 60 年 代 ， 而 直 到 80年 代 后 期 ， 随 着 光 纤 制 造 工 艺 与 半 导 体 激 光 器生产 技 术 的 日 趋 成 熟 ， 以 及 光 通 讯 技 术的 迅 猛 发 展 ， 大 功 率
16、 光 纤 激 光 器 领 域 的 研 究 才取得 实 质 性 突 破 。 由 于 光 纤 激 光 器 以 灵巧 的 半 导 体 激 光 二 极 管 作 为 泵 源 , 以 柔 软 的 光 纤 作 为 波 导 和 增 益 介 质 , 同 时 可 采 用光 纤 光 栅 , 耦 合 器 等 光 纤 元 件 , 因此无需光路机械调整 , 结构紧凑 , 便 于 集 成 ， 其特有的全光纤结构使器件的抗电磁干扰性强，温度膨胀系数小，在频域上应用 WDM及 光 纤 传 感 技 术 可 实 现 多 波 长 可 调 谐 输 出 ， 在时域 上 结 合 激 光 锁 模 技 术 可 产 生 几 乎 没有 啁 啾 的 皮 秒 级 超 短 变 换 极 限 光 脉 冲 。 与 固 体激光 器 和 半 导 体 激 光 器 相 比 ， 光 纤 激 光器 具 有 无 可 比 拟 的 优 点 。 目 前 光 纤 激 光 器 作 为光源 在 光 通 信 领 域 已 得 到 广 泛 应 用 ， 而随 着 大 功 率 双 保 层 光
