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连续掺镱光子晶体光纤激光器理论和实验研究

作　者: 左伟丽
导　师: 郑义
学　校: 郑州大学
专　业: 物理电子学
关键词: 掺镱光子晶体光纤激光器 传输特性 输出特性 冷却
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


光子晶体光纤可以实现大模场面积、内包层大数值孔径、高掺杂稀土乃至多芯设计,从而有效降低了光纤激光器高功率运转时的非线性效应和热效应,还能保持良好的光束质量,解决了常规光纤激光器存在的无法解决的问题,显示出了这个新生事物的广阔发展前景和应用市场。本文从理论和实验两方面对掺Yb3+光子晶体光纤激光器进行系统的研究。主要内容如下：1.简单介绍了掺镱光子晶体光纤激光器的特点,接着对国外和国内掺yb3+光子晶体光纤激光器的研究进展、主要应用和发展方向进行了综述,最后概述了本文的研究内容。2.简要阐述了掺Yb3+光子晶体光纤激光器的基本理论；描述了Yb3+离子的能级结构、光谱特性以及受激辐射的特点；对光子晶体光纤的导光机理以及折射率引导型光子晶体光纤的特性和优点进行了系统的归纳和阐述。3.建立了掺Yb3+光子晶体光纤激光器的理论模型。首先从麦克斯韦方程组导出的波动方程推导出光在光纤中的传输特性,并根据推导出的结论,利用comsol软件模拟出了光波在传输过程中基模模式的分布；接着,根据速率方程理论推导出了光子晶体光纤激光器的功率传输方程,并用MATLAB进行了数值模拟,进一步探讨了激光和泵浦光的功率分布、阈值、增益介质的长度、斜效率、输出透过率以及泵浦方式对激光输出的影响。为实验的优化设计提供了理论上的依据。4.对F-P腔掺Yb3+光子晶体光纤激光器进行了实验研究。获得了26.4W的激光输出,耦合效率为41.3%,斜率效率为44%。对实验结果和实验中影响激光器的因素进行了合理的分析,提出今后工作的构想和建议。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-7
目录  7-9
1 绪论  9-16
  1.1 引言  9
  1.2 光子晶体光纤激光器国内外发展的现状  9-14
  1.3 光子晶体光纤激光器的应用前景  14-15
  1.4 本论文的研究内容  15-16
2 掺镱光纤激光器的基本原理  16-25
  2.1 光子晶体光纤激光器的工作原理  16-17
  2.2 Yb~(3+)离子的能级结构及光谱特性  17-21
    2.2.1 Yb~(3+)离子光谱特性  18-20
    2.2.2 Yb~(3+)离子的能级跃迁  20-21
  2.3 光子晶体光纤的导光机理  21-24
    2.3.1 PBG传导的光子晶体光纤  22
    2.3.2 改进型全内反射光子晶体光纤  22-24
  2.4 折射率引导型光子晶体光纤的特性和优点  24-25
    2.4.1 折射率引导型光子晶体光纤的特性  24
    2.4.2 折射率引导型光子晶体光纤的优点  24-25
3 掺Yb~(3+)双包层光子晶体光纤激光器理论模型建立  25-36
  3.1 双包层光子晶体光纤的传输特性  25-27
  3.2 光子晶体光纤激光器的功率输出特性理论模型  27-36
    3.2.1 光子晶体光纤激光器的功率传输方程  27-29
    3.2.2 端面泵浦掺镱光子晶体光纤激光器的特性  29-30
    3.2.3 光子晶体光纤激光器中的功率分布研究  30-31
    3.2.4 端面泵浦光子晶体光纤激光器的阈值特性研究  31-32
    3.2.5 谐振腔腔镜反射率对激光输出特性的影响  32-33
    3.2.6 激光器输出功率与泵浦功率的关系  33
    3.2.7 泵浦配置方式对光子晶体光纤激光器工作性能的影响  33-34
    3.2.8 光纤激光器的阈值泵浦功率特性  34-36
4 光子晶体光纤激光器的实验研究  36-47
  4.1 掺Yb~(3+)双包层光子晶体光纤激光器实验装置  36-40
    4.1.1 泵浦源  36-38
    4.1.2 准直聚焦系统  38
    4.1.3 F-P腔(二色镜的选择)  38-39
    4.1.4 增益光纤  39-40
    4.1.5 测量仪器与系统  40
    4.1.6 冷却系统  40
  4.2 实验研究  40-47
    4.2.1 光子晶体光纤端面的处理  40-41
    4.2.2 光路的调节  41-43
    4.2.3 实验数据的测量和实验结果  43-46
    4.2.4 影响光子晶体光纤激光器的因素  46-47
5 展望  47-49
  5.1 总结  47
  5.2 展望  47-49
参考文献  49-52
个人简历 在学期间发表的学术论文与研究成果  52

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 光电子技术、激光技术 > 激光技术、微波激射技术 > 激光器
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