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高功率光纤激光器包层光滤除研究

【摘要】:随着采用包层泵浦技术的光纤激光器、放大器的输出功率达到数千瓦级别,要使光纤激光器的光束质量保持在较高的水平,出现了一些新的技术难题,其中很重要的一点是光纤包层中出现了一些“不想要”的残余光。这些残留在包层的“不想要”的光,如果不及时滤除,不仅会影响到输出激光的光束质量与单色性,还会对输出设备造成损害,它直接关系到高功率光纤激光器的安全稳定运行。为了提高大功率光纤激光器的光束质量、光谱特性以及光纤激光器系统的稳定性,本文研究了高功率光纤激光器中残留包层光的滤除方法,设计了一种新型包层光滤除器。本文首先介绍了包层泵浦技术以及双包层光纤,分析了双包层光纤激光器中残留包层光的来源、量级及特点,由此提出新型包层光滤除器的模型及滤除方法。采用蒙特卡洛算法与光线轨迹追踪法对包层光滤除器的滤除性能进行计算与评估,分析了传统涂覆高折射率导光胶及其改进方法的滤除原理,研究了涂覆导光胶的折射率以及包层内光线的发散角对滤除效果的影响,并评估了新型包层光滤除器及其优化模型的滤除效果。然后借助ANSYS软件中的CFD模块,对包层光滤除器进行了热仿真建模,对包层光滤除器的热仿真模型进行了理论研究与边界条件分析,在100W-600W的滤除功率下,仿真分析了所设计的包层光滤除器的温度场分布。结果表明,在600W的输入功率下,优化级联结构后的包层光滤除器模型的热点温度降低了20.8℃,实现了包层光的均匀滤除。最后,本文详细阐述了包层光滤除器的制作流程,包括光纤涂覆层的剥除以及紫外固化胶的固化等过程。搭建了包层光滤除器原型的实验环境,通过调节半导体激光器的输出功率,证明所制作的包层光滤除器原型获得的消光比大于18dB。

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