大功率光纖激光器的關(guān)鍵單元技術(shù)研究.pdf

1、大功率雙包層摻雜光纖激光器在光纖通信、傳感、工業(yè)加工,尤其是國防和軍事等領(lǐng)域獲得了日益廣泛的重視與應(yīng)用，對其進(jìn)一步的研究和完善成為當(dāng)前國際激光技術(shù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。本論文針對大功率雙包層摻雜光纖激光器制作中的幾個關(guān)鍵單元技術(shù)：大功率半導(dǎo)體激光器泵浦源的光束整形，側(cè)向泵浦耦合的方法以及光纖激光器系統(tǒng)的全局優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行了深入的理論與實(shí)驗(yàn)研究，獲得的主要創(chuàng)新成果如下： 1.建立了激光二極管線陣的非序列光學(xué)模型，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計和制作了一

2、種結(jié)合了激光二極管線陣的快軸準(zhǔn)直和慢軸準(zhǔn)直功能的快慢軸同時準(zhǔn)直器，該準(zhǔn)直器通過在D型光纖的側(cè)面上刻蝕一排弧形陣列制作而成，有效解決了分離準(zhǔn)直的光學(xué)元件間調(diào)整校對困難的問題。 2.提出了一種利用直徑漸變型石英錐形體直接對激光二極管線陣(僅快軸準(zhǔn)直過)進(jìn)行聚焦整形的方案。這種錐形體是由光纖拉絲塔將純度很高的石英預(yù)制棒直接拉絲而制成，可將激光二極管線陣的輸出光束由10mm×1.1mm壓縮至200um×200um，最高輸出效率可達(dá)68％

3、。 3.提出并實(shí)際制作了兩種具有不同輸出截面形狀(菱形和六邊形)的SiO2錐形棒。這種直徑漸變的SiO2錐形棒的表面是規(guī)則性傾斜并彎曲變化的，所以能夠?qū)馐M(jìn)行變形聚焦整形，使激光二極管線陣的快慢軸光束相互耦合，在壓縮光斑尺寸的同時實(shí)現(xiàn)快慢軸亮度的再分配和光強(qiáng)的均勻分布。 4.深入研究了用于側(cè)向泵浦耦合的亞波長光柵耦合器。在引入雙凹槽二元金屬光柵耦合器和雙凹槽，雙槽深二元介質(zhì)光柵耦合器用于側(cè)向泵浦耦合的同時，提出了多層金

4、屬光柵耦合器，介質(zhì)-金屬-介質(zhì)混合光柵耦合器以及非對稱雙光柵耦合器，有效的解決了在利用亞波長衍射光柵進(jìn)行側(cè)向泵浦耦合時存在的偏振依賴，耐熱性差，制作精度要求高，容差小，制作困難等問題。 5.提出利用遺傳算法對大功率雙包層摻雜光纖激光器系統(tǒng)進(jìn)行全局優(yōu)化設(shè)計。利用自行編制的微型遺傳算法對摻Y(jié)b3+雙包層光纖激光器的各個參量進(jìn)行優(yōu)化和研究，并引入小生境遺傳算法對Nd3+-Yb3+共摻的多離子摻雜雙包層光纖激光器系統(tǒng)進(jìn)行全局優(yōu)化與參數(shù)設(shè)