高平均功率光纤脉冲激光技术的研究.pdf

曲阜师范大学研究生学位论文原创性说明(根据学位论文类型相应地在“□”划“√”)本人郑重声明:此处所提交的博士□/硕士□论文《高平均功率光纤脉冲激光技术研究》,是本人在导师指导下,在曲阜师范大学攻读博士□/硕士□学位期间独立进行研究工作所取得的成果。论文中除注明部分外不包含他人已经发表或撰写的研究成果。对本文的研究工作做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确的方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。作者签名:日期:曲阜师范大学研究生学位论文使用授权书(根据学位论文类型相应地在“□”划“√”)《高平均功率光纤脉冲激光技术研究》系本人在曲阜师范大学攻读博士□/硕士□学位期间,在导师指导下完成的博士□/硕士□学位论文。本论文的研究成果归曲阜师范大学所有,本论文的研究内容不得以其他单位的名义发表。本人完全了解曲阜师范大学关于保存、使用学位论文的规定,同意学校保留并向有关部门送交论文的复印件和电子版本,允许论文被查阅和借阅。本人授权曲阜师范大学,可以采用影印或其他复制手段保存论文,可以公开发表论文的全部或部分内容。作者签名:日期:导师签名:日期:高平均功率光纤脉冲激光技术研究I高平均功率光纤脉冲激光技术研究摘要1961年,世界上第一台激光器发明,激光技术由此飞速发展。激光器的种类由工作的物质的不同可分为固体激光器、气体激光器、染料激光器等。光纤激光器作为一种新型的固体激光器,与传统的固体激光器相比较,以光纤波导为工作介质的光纤激光器具有光束质量好、转换效率高、便于热管理和结构紧凑、使用轻便灵活等等许多优点,在工业加工、激光医疗、科学研究和军事国防等领域具有广泛应用。目前,国际上单根连续光纤激光器的输出功率已经达到万瓦水平。但是Dawson等人的研究分析认为,按照目前的材料和条件,对于宽带光纤激光器,,对于窄带宽光纤激光器,。采用脉冲工作方式的光纤激光器可实现极高峰值功率的激光输出,在激光与靶目标相互作用、非线性频率转化等应用方面弥补了连续光纤激光的诸多局限,是高功率光纤激光技术领域的一个重要研究方向。本文主要对窄光谱宽度的脉冲光纤激光器、高平均功率光纤放大器及其倍频技术进行了详细的实验研究。第一章对掺Yb3+双包层光纤进行了简单介绍。重点分析了光纤激光获得脉冲激光输出的三种主要方法:调Q技术,锁模技术,种子光主振荡-放大(MOPA)技术,并给出了国内外研究机构的一些典型研究成果。介绍了光纤激光倍频技术的典型结构和实验结果。第二章对基于掺Sm3+光纤可饱和吸收特性的被动调Q光纤激光技术进行了理论和实验研究。首先分析了被动调Q激光器的基本理论,并介绍了全光纤化被动调Q光纤激光器的关键技术及核心部件。实验研究了以掺Sm3+光纤作为可饱和吸收体全光纤化被动调Q脉冲光纤激光器技术,采用三种腔结构,,脉冲宽度450ns,重复频率18kHz;,脉冲宽度648ns,重复频率310kHz;,脉冲宽度816ns,重复频率212kHz的典型实验结果。第三章主要研究了全光纤化的高平均功率脉冲光纤放大器技术,采用电流直接调制的半导体激光器为种子光源,通过掺Yb3+光纤级联放大(MOPA)结构,获得了平均功率101W,,重复频率51kHz的高平均功率脉冲激光输出。采用被动锁模的皮秒级光纤激光器为种子光源,通过一级光纤放大器,成功获得了平均功率102W,脉冲宽度76ps,,中心波长1064nm,。利用高平均功率的皮秒级脉冲光纤激光器,初步开展了激光精细加工的实验研究。第四章主要对脉冲光纤激光器的倍频技术进行了理论和实验研究,首先介绍了非线性频率转换的基本理论以及实现相位匹配的方法,分析了激光光谱宽度对倍频转换效率的影响。建立了以窄谱宽声光调Q光纤激光器为种子光源,以保偏掺Yb3+双包层光纤为放大器的脉冲光纤放大系统,得到了15W的窄谱宽线偏振的脉冲激光输出。采用非临界相位匹配的KTP晶体为倍频元件,通过腔外单通倍频,。本工作的创新点有:(1)对于掺Sm3+光纤作为可饱和吸收体的全光纤脉冲激光器,分别实验研究了单、双腔结构的激光系统,并均得到了稳定的脉冲输出,并对其输出特性进行了分析;(2)实现了纳秒级全光纤激光器的工程化样机的装配;(3)采用一级MOPA结构,试验成功了102W高平均功率窄谱宽皮秒脉冲全光纤激光系统,并应用这套系统进行了工业加工实验。(4)使用非临界相位匹配的KTP晶体,对光纤输出的窄谱宽高平均功率线偏振纳秒级脉冲激光进