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高功率可调谐掺Tm~(3+)光纤激光器的理论及实验研究

【摘要】:高功率可调谐掺Tm~(3+)光纤激光器产生的2μm波段激光具有对水分子和高分子材料强吸收、硅材料高透等优点,在激光医疗、材料加工、空间通讯、光电对抗、增材制造等领域具有重要应用。另外,2μm波段激光器还可作为产生3~5μm波段激光的光学参量振荡器的理想光源。因此,2μm波段可调谐掺Tm~(3+)光纤激光器具有重要研究价值。本文主要工作概括如下:(1)利用掺Tm~(3+)光纤激光器所满足的稳态速率方程组,并借助Matlab软件对掺Tm~(3+)光纤激光器的输出特性进行数值模拟。激光器输出指标主要包含输出功率、阈值功率、峰值波长、斜率效率等。(2)基于多模光纤弯曲损耗理论,理论仿真了在大芯径保偏掺Tm~(3+)光纤纤芯中传输的各个模式弯曲损耗量随光纤弯曲半径的关系。并得出LP11模所对应的临界弯曲半径为66.8mm。(3)实验主要研究了采用大芯径保偏掺Tm~(3+)光纤长度分别为3m、2.5m、1.2m情况下激光器的输出特性。在注入泵浦功率54W的情况下,这三种激光器的最大平均输出功率分别为10.7W、9.02W、5.35W。相应地阈值功率分别为20W、16W、8W;斜率效率分别为34%、24%、11%;激光峰值波长分别为1999nm、1996nm、1982nm。(4)设计了一种低成本的组合式铌酸锂双折射滤光片。其由厚度1mm、2mm和4mm的三片铌酸锂晶片构成。当该双折射滤光片以布儒斯特角65.17°插入激光器腔内后,激光器自由光谱宽度为60nm,透射峰半宽度为6nm,并当调谐角从35°增大到42°时,最大透过率波长将从1.961μm增大到2.002μm,即光滑的波长调谐范围约41nm。

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