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高功率掺镱光纤激光器的研究

【摘要】:1917年Albert Einstein提出受激辐射理论,此刻开始,人们便踏上了激光研究之路;Theodore H.Maiman等人于1960年制成了世界上第一台激光器——红宝石激光器,此后50多年来人们在激光方面取得了辉煌的成就,发展了一系列的激光器——气体激光器、半导体激光器、固体激光器等。光纤激光器凭借其具有转换效率高、光束质量好、结构紧凑、成本低、散热性较好等优势,成为重点发展的新一代激光器,在国防和工业加工领域具有广阔应用前景。其中掺镱光纤激光器发展相对成熟,已经在商业应用方面获得巨大成功。近年来,由于双包层的发展和完善,一方面高功率光纤激光器仍然是研究重点,人们追求不断突破其功率限制,另一方面一些细分领域同时要求高功率和高激光相干性,因此需要发展窄线宽高功率光纤激光器。本文围绕掺镱光纤激光器开展工作,主要研究连续窄线宽大功率光纤激光器和脉冲光纤激光器,具体研究内容分为三部分:1、泵浦光源驱动电路的设计与制作。自行设计电路,然后结合微处理器编程软件编程进而实现对泵浦光源驱动的控制,具体通过控制驱动面板,利用软件对激光二极管的温度和电流进行控制,从而实现不同的激光输出功率,其中温度控制精度为±0.℃。2、连续波窄线宽光纤激光器研究。(1)使用了国产高功率激光器模拟软件,优化激光器中增益光纤长度,评估输出功率。(2)连续窄线宽大功率光纤激光器采用种子光加二级光放大结构。采用窄线宽激光二极管作为种子光源,使用我们自行设计制作的驱动电路板实现对种子光源的电流驱动和温度控制;种子光输出在经过二级光放大,光放大结构中采用976nm泵浦光源进行泵浦,第二级光放大结构中采用双包层掺镱光纤,经过二级放大最终实现功率为14.8W的1064nm激光输出,其激光线宽为3MHz。3、脉冲光纤激光器研究。采用光纤布拉格光栅反馈和调Q结构搭建脉冲种子光源,其中有源光纤使用的是国产增益掺镱光纤;采用915nm泵浦光源,获得1064nm激光,种子光源输出功率大于1W。种子光经过MOPA(Master Oscillator Power-Amplifier)进行放大,实现了最后输出平均功率10.2W,脉冲宽度300-500ns,重复率20kHz-100kHz的脉冲激光。

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