光纤激光器以其低阈值、高效率、高光束质量、可靠性好、结构紧凑和散热性好等诸多优点,从一开始就受到普遍重视,并广泛应用于光通讯、航空航天、生命科学、军事及工业领域。近年来,双包层光纤的出现,将光纤激光器的输出从毫瓦量级提高到了百瓦乃至千瓦量级,大大扩展了光纤激光器的应用范围,随着相关器件及技术的迅速发展,双包层光纤激光器的性能和功率也在不断提高。由于镱离子的发射谱主要位于1μm波段,因而掺镱双包层光纤是产生1μm波段激光输出的首选。本论文将从理论和实验两方面对连续波掺镱双包层光纤激光器进行研究。完成的主要工作有以下几个部分: 1、应用Ido Kelson的激光模型,系统性的对掺镱双包层光纤激光器的理论进行了研究。理论模拟了光纤长度、掺杂浓度、抽运方式、输出耦合镜反射率等因素对双包层光纤激光器输出特性的影响,为双包层光纤激光器的研制提供了理论依据。 2、双包层光纤激光器的研制:对掺镱双包层光纤激光器的关键技术进行探索,掌握了将抽运光高效耦合进双包层光纤的关键技术:使用自制研磨盘对光纤端面加工获得优良的光学面,并根据光纤及LD参数,设计透镜耦合系统,LD到双包层光纤的耦合效率达到43%,选用具有D形内包层的国产掺镱双包层光纤,采用F-P腔结构,用尾纤输出976nm的半导体激光器端面抽运单模双包层光纤,实现了1.4W的激光输出,中心波长1087nm、斜率效率25%; 3、重点对双包层光纤激光器实现窄线宽输出、温度调谐和弯曲选模进行了理论及实验研究,具体内容如下: (1) 窄线宽输出:采用腔内谐振的方法,实现了双包层光纤激光器稳定的窄线宽输出,激光谱宽0.14nm,输出光谱稳定; (2) 温度调谐:国内首次对小功率输出的双包层光纤激光器热效应进行研究。温度变化80度的范围内,激光器输出波长向长波方向移动了11.7nm,实验中未发现激光器其他参数的明显变化。我们给出了详细的理论解释,建立了温度与双包层光纤激光器振荡波长的理论模型。 (3) 多模光纤弯曲选模:理论模拟了弯曲半径及激光器参数对光纤激光器输出特性的影响,计算表明,通过选择合适的弯曲半径可以用多模光纤获得基模输出。对国产多模双包层光纤进行弯曲选模实验,获得了衍射极限的激光输出。 4、多点抽运双包层光纤激光器理论及实验研究: (1) 对多点抽运(端面和侧面)的双包层光纤激光器进行理论模拟。模拟结果表明,采用多点抽运能够平滑增益和光纤内的光功率分布,有利于使用多个小功率输出的LD抽运双包层光纤,获得大功率激光输出;由于侧向抽运使光纤端面空闲,因此对双包层光纤放大器的研制具有重要意义