1550nm单频高功率光纤激光器研究【字数：9841】
研究了波长为1550nm高功率输出的单频光纤激光器。通过使用具有1550nm波长的单频半导体激光器作为种子源并对其进行功率放大，该激光器以两级放大的结构来实现。种子源的功率为3.45mW，通过波长为980nm的激光泵浦源作为一级泵浦源和波长为915nm的激光泵浦源作为二级泵浦源对种子源展开抽运，一级增益介质是掺铒光纤，二级增益介质是掺铒镱光纤，两级放大产生了十分稳定的1550nm单频高功率激光的输出。一级正向放大的最大功率为120.8mW,一级反向放大的最大功率为130.6mW。当980nm泵浦为101.6mW时的输出功率最大为1.170W，当980nm泵浦为218.8mW时的输出功率最大为1.326W。
Key Words:Fiber Laser;High power laser;Twostage amplifier;SinglePump DualStage EDFA Amplifier System 目录
1.绪论 1
1.1高功率的光纤激光器的发展现况 1
1.2高功率光纤激光器的目的和意义 1
2.激光器的理论分析 3
2.1掺铒光纤放大器的理论 3
2.1.1 Er~（3+）粒子能级结构和光谱特性 3
2.1.2 EDFA的基本结构 7
2.2双级双泵浦的设计原理 8
2.3线宽的理论分析 9
2.3.1线宽理论 9
2.3.2延迟自外差法线宽测量的原理 10
3.激光器的系统构成 14
3.1一级放大模块 15
3.1.1一级正向泵浦 15
3.1.2一级反向泵浦 16
3.2二级放大模块 17
3.3线宽测量的构成 17
4.实验输出特性的测量与分析 19
4.1一级正向泵浦特性的测量与分析 19
4.2一级反向泵浦特性的测量与分析 20
4.3一级泵浦为101.6mW的二级泵浦特性 22
4.4一级泵浦为218.8mW的二级泵浦特性 24
结语 26
参考文献 27
致谢 28
1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
.绪论
由于光纤具有良好的波导特性，因此半导体的泵浦能量非常强，因此输出的光束有很高的效率，散热性好，结构紧凑，质量好和其他的性能。因此，在研究高功率激光的历史过程中，则会多方运用。由于高功率的光纤激光技术是这些年来光电子技术的重点研究部分，研究人员开始重视起了激光技术这一部分的领域，而且它的运用非常广泛，在医疗方面，工业的制造方面得到很广的运用，甚至在能源的探测和军事领域也被广泛的应用。
1.1高功率的光纤激光器的发展现况
在20世纪80年代，英国南安普顿大学的S. B.普尔和其他研究人员已成功生产出了掺钕和掺铒光纤。他们生产的光纤具有非常低的损耗输出。正是由于这一研究的出现，研究人员则开始意识到光纤放大器和光纤激光器的发展重要性，在改进方面需要延长传输的距离和提高传输的速率，从而导致了掺铒光纤放大器（EDFA）的快速发展。光纤激光器输出功率通常在毫瓦范围内，并且仅限于光通讯领域。可是, 大多数应用更需要瓦特级的光功率输出。由于光纤激光器的发展受到光纤制造技术，泵浦光源和光学技术的限制，因此开发速度非常慢。
到了上个世纪90年代后半期, 随着越来越多的人才研究掺杂光纤制作技术和半导体激光器, 从而大大的加快了光纤激光器的发展速度,加快了时代进步的步伐。激光的输出功率则从1994年的500mW提高到了2002年的2000W。
1.2高功率光纤激光器的目的和意义
光纤激光器的优点是能产生很高的增益，产生的阈值很低，输出的光束的质量很好，转换的效率很高，线宽又非常的窄，同时制造的结构又很简单，非常的可靠。因为它能很好的耦合，而且可以使得光通信系统的成本降低，所以新型的高功率激光器便陆续发展起来。由于它的发展潜能很高，人们对它的关注度也很大。目前，全光纤结构的单模激光输出功率在国际上已经达到了10千瓦的数量级。但是，以中国制造的器件所制造出的全光纤激光器仍然还保持在几百瓦数量级上。我们要想提高中国在光纤激光器方面的研发实力和生产实力，就要研究和生产出通过中国自己制造的器件生产出高功率激光器，这样我们才能打破外国的技术垄断与封锁，实现“弯道超车”的发展，这对于我国在这一技术领域的发展是有重大意义的。
在双包层光纤作为研究对象的基础上，可以解决薄层泵浦技术的思想和光纤激光器大功率输出的实现，这个技术已经成为近年来相关技术人员的研究热点。包层泵浦技术的使用使得光纤激光器的转换效率可提高到一半以上，并且在近衍射光束质量，紧凑型紧固和全光纤结构方面具有很明显的优势。为了提高光纤激光器的功率并实现高功率输出，必须在双包层光纤技术的基础上实现。
有机结合的半导体激光器泵浦技术和双包层光纤掺杂制造技术使得高功率光纤激光器得以实现。 为了实现高亮度和衍射限制的单模激光器，可以实现良好的耦合和良好的转换，提高转换效率，输出高功率的激光。世界各地的研究人员在发现它有高转换效率和低激光阈值的优点，而且散热性也很好，调制的范围也宽，输出的光束的质量也很好，还能免维护，便开始利用高功率激光器来实现他们的研究。 2.激光器的理论分析
2.1掺铒光纤放大器的理论
2.1.1 Er~（3+）粒子能级结构和光谱特性
光纤激光器是使用泵浦的掺杂光纤作为增益介质的。掺杂光纤通过将稀土元素掺入普通光纤中来使得泵浦光激发而表现出光增益放大的特性，并且通常被称为有源光纤。掺杂光纤和普通光纤之间的最大的区别在于，芯体掺杂有活性稀土离子，这些稀土离子由某些泵浦光泵浦来实现它一定的增益特性。
/
图21稀土离子增益带宽示意图
在1985年至1986年期间，佩恩等人开发了28dB小信号增益的掺铒光纤，泵浦源是650nm的染料激光器。他们很好的解决了掺铒光纤在热猝灭方面的问题。从光纤激光器的发展过程来看，不管是光纤的放大器还是光纤的激光器，都要利用到多种的掺杂粒子，来获得多个激光波段窗口的掺杂光纤来制造。
Key Words:Fiber Laser;High power laser;Twostage amplifier;SinglePump DualStage EDFA Amplifier System 目录
1.绪论 1
1.1高功率的光纤激光器的发展现况 1
1.2高功率光纤激光器的目的和意义 1
2.激光器的理论分析 3
2.1掺铒光纤放大器的理论 3
2.1.1 Er~（3+）粒子能级结构和光谱特性 3
2.1.2 EDFA的基本结构 7
2.2双级双泵浦的设计原理 8
2.3线宽的理论分析 9
2.3.1线宽理论 9
2.3.2延迟自外差法线宽测量的原理 10
3.激光器的系统构成 14
3.1一级放大模块 15
3.1.1一级正向泵浦 15
3.1.2一级反向泵浦 16
3.2二级放大模块 17
3.3线宽测量的构成 17
4.实验输出特性的测量与分析 19
4.1一级正向泵浦特性的测量与分析 19
4.2一级反向泵浦特性的测量与分析 20
4.3一级泵浦为101.6mW的二级泵浦特性 22
4.4一级泵浦为218.8mW的二级泵浦特性 24
结语 26
参考文献 27
致谢 28
1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
.绪论
由于光纤具有良好的波导特性，因此半导体的泵浦能量非常强，因此输出的光束有很高的效率，散热性好，结构紧凑，质量好和其他的性能。因此，在研究高功率激光的历史过程中，则会多方运用。由于高功率的光纤激光技术是这些年来光电子技术的重点研究部分，研究人员开始重视起了激光技术这一部分的领域，而且它的运用非常广泛，在医疗方面，工业的制造方面得到很广的运用，甚至在能源的探测和军事领域也被广泛的应用。
1.1高功率的光纤激光器的发展现况
在20世纪80年代，英国南安普顿大学的S. B.普尔和其他研究人员已成功生产出了掺钕和掺铒光纤。他们生产的光纤具有非常低的损耗输出。正是由于这一研究的出现，研究人员则开始意识到光纤放大器和光纤激光器的发展重要性，在改进方面需要延长传输的距离和提高传输的速率，从而导致了掺铒光纤放大器（EDFA）的快速发展。光纤激光器输出功率通常在毫瓦范围内，并且仅限于光通讯领域。可是, 大多数应用更需要瓦特级的光功率输出。由于光纤激光器的发展受到光纤制造技术，泵浦光源和光学技术的限制，因此开发速度非常慢。
到了上个世纪90年代后半期, 随着越来越多的人才研究掺杂光纤制作技术和半导体激光器, 从而大大的加快了光纤激光器的发展速度,加快了时代进步的步伐。激光的输出功率则从1994年的500mW提高到了2002年的2000W。
1.2高功率光纤激光器的目的和意义
光纤激光器的优点是能产生很高的增益，产生的阈值很低，输出的光束的质量很好，转换的效率很高，线宽又非常的窄，同时制造的结构又很简单，非常的可靠。因为它能很好的耦合，而且可以使得光通信系统的成本降低，所以新型的高功率激光器便陆续发展起来。由于它的发展潜能很高，人们对它的关注度也很大。目前，全光纤结构的单模激光输出功率在国际上已经达到了10千瓦的数量级。但是，以中国制造的器件所制造出的全光纤激光器仍然还保持在几百瓦数量级上。我们要想提高中国在光纤激光器方面的研发实力和生产实力，就要研究和生产出通过中国自己制造的器件生产出高功率激光器，这样我们才能打破外国的技术垄断与封锁，实现“弯道超车”的发展，这对于我国在这一技术领域的发展是有重大意义的。
在双包层光纤作为研究对象的基础上，可以解决薄层泵浦技术的思想和光纤激光器大功率输出的实现，这个技术已经成为近年来相关技术人员的研究热点。包层泵浦技术的使用使得光纤激光器的转换效率可提高到一半以上，并且在近衍射光束质量，紧凑型紧固和全光纤结构方面具有很明显的优势。为了提高光纤激光器的功率并实现高功率输出，必须在双包层光纤技术的基础上实现。
有机结合的半导体激光器泵浦技术和双包层光纤掺杂制造技术使得高功率光纤激光器得以实现。 为了实现高亮度和衍射限制的单模激光器，可以实现良好的耦合和良好的转换，提高转换效率，输出高功率的激光。世界各地的研究人员在发现它有高转换效率和低激光阈值的优点，而且散热性也很好，调制的范围也宽，输出的光束的质量也很好，还能免维护，便开始利用高功率激光器来实现他们的研究。 2.激光器的理论分析
2.1掺铒光纤放大器的理论
2.1.1 Er~（3+）粒子能级结构和光谱特性
光纤激光器是使用泵浦的掺杂光纤作为增益介质的。掺杂光纤通过将稀土元素掺入普通光纤中来使得泵浦光激发而表现出光增益放大的特性，并且通常被称为有源光纤。掺杂光纤和普通光纤之间的最大的区别在于，芯体掺杂有活性稀土离子，这些稀土离子由某些泵浦光泵浦来实现它一定的增益特性。
/
图21稀土离子增益带宽示意图
在1985年至1986年期间，佩恩等人开发了28dB小信号增益的掺铒光纤，泵浦源是650nm的染料激光器。他们很好的解决了掺铒光纤在热猝灭方面的问题。从光纤激光器的发展过程来看，不管是光纤的放大器还是光纤的激光器，都要利用到多种的掺杂粒子，来获得多个激光波段窗口的掺杂光纤来制造。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/dzxx/gdxx/55.html
