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基于MOPA结构的200W纳秒脉冲光纤激光器研究

【摘要】:大功率光纤激光器作为目前工业3D制造加工的重要产品,特别是在增材加工中已经是不可或缺的部件。在率光纤激光器中,脉冲光纤激光器已经是目前科研研究的重点。脉冲主振荡功率放大光纤激光器(MOPA)由于其光束质量好、单脉冲能量大、平均功率高等优点在激光加工领域、医疗健康领域、武器制造、空间光通信领域都有着非常广阔的前景。在目前研究工作中,MOPA结构的光纤激光器在输出光功率、脉冲能量仍有进一步研究的空间。在激光放大的过程中光纤激光器产生的自发放大辐射效应(ASE)、非线性效应(Non-Linear Effect)以及热效应都是阻碍脉冲光纤激光器发展的原因。因此,基于以上研究背景下,本课题基于MOPA脉冲光纤激光系统展开相关研究,课题首先制作一台激光器,然后通过研究光纤激光器放大过程中产生的自发放大辐射和非线性效应,并且研究如何抑制这些效应从而提高平均功率,最终提高系统的光脉冲峰值功率和光束质量,输出纳秒脉冲激光。本文主要做的工作如下:(1)绪论首先介绍了光纤激光器研究的背景,以及该论文研究200 W纳秒脉冲光纤激光器的意义。并且研究了国内外关于纳秒脉冲光纤激光器的相关文献,对于光纤激光器如何产生纳秒脉冲进行了相关的总结。(2)第二章主要以脉冲光纤器的相关知识做出阐述,首先介绍了光纤激光器的基本理论部分,其次介绍了行波放大技术理论、增益光纤模式特性、非线性效应理论研究以及其他影响光纤激光器的因素。(3)第三章主要详细阐述了基于MOPA纳秒脉冲光纤激光器的关键技术。这部分首先介绍了脉冲光纤激光器工作原理,以及针对光纤激光器中的泵浦耦合技术展开了讨论,还阐述了目前高功率光纤激光器常用的双包层光纤,最后介绍了光纤合束技术的研究现状。(4)最后的实验部分为:对于MOPA结构的高功率纳秒脉冲光纤激光器进行了实验设计,采用种子源+两级级联放大的结构。整个激光器主要由调制半导体激光种子源和一级单模单包层掺镱光纤(10μm/125μm)放大器,以及二级大模场面积掺镱光纤(30μm/250μm)组成。半导体激光种子源的光谱中心波长为1064 nm,调制之后的激光脉冲宽度为可调谐的,范围从10 ns-350 ns,重复频率在200 kHz-1500 kHz范围内可调。激光器采用风冷结构,当半导体激光种子源调制重复频率为200 kHz,脉冲宽度为350 ns时,种子光被一级单包层掺镱光纤放大器放大经过第二级放大结构最后输出为680 mW,经过二级放大后最后输出201.7 W,放大之后光谱中没有出现明显的放大自发辐射现象。

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