辅腔泵浦铒镱共掺光纤放大器热效应研究

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铒镱共掺光纤放大器(EYDFA)能够有效的对1.5μm波段的激光进行放大,该波段的激光具有较低的光纤和大气传输损耗,并且具有―人眼安全‖的特点。近年来,随着激光焊接、激光工业和空间光通信等技术的发展,迫切需要提高1.5μm波段激光器或放大器的输出功率。研究发现EYDFA中镱波段放大的自发辐射(Yb-ASE)是阻碍EYDFA高功率输出的主要障碍。为解决这个问题,我们课题组提出了辅腔泵浦EYDFA。相比于普通的EYDFA,辅腔泵浦EYDFA能够有效抑制Yb-ASE,提高放大器的转化效率和缩短放大器所需增益光纤长度。辅腔泵浦EYDFA是实现1.5μm波段激光高功率输出的较为理想的放大器。然而,由于辅腔是一个高Q腔,大量的镱波段能量被锁定在辅腔内,这会导致放大器中的热效应尤为严重。热效应会影响放大器的输出性能和使用寿命。为了实现辅腔泵浦EYDFA的高功率应用,本文通过数值仿真和实验系统的研究了热效应对辅腔泵浦EYDFA的影响。本论文的主要研究内容如下:1.提出了一种确定稀土掺杂离子斯塔克能级位置的新方法。本文首次提出根据某一温度下测得的稀土离子的吸收和发射截面谱通过数值优化反算出稀土离子斯塔克能级位置的方法。2.研究了温度对Er3+离子和Yb3+离子吸收和发射截面谱的影响。研究发现,温度升高时,Yb3+离子在976 nm波长附近的吸收截面会降低,这会导致铒镱共掺光纤(EYDF)对泵浦光的吸收系数下降。3.从理论上研究了热效应对辅腔泵浦EYDFA的影响,建立了考虑热效应影响的辅腔泵浦EYDFA数值仿真模型。通过仿真系统地研究了热效应对辅腔泵浦EYDFA的输出功率、最佳光纤长度和辅腔振荡波长选取的影响,为辅腔泵浦EYDFA的设计提供了参考依据。4.实验测量了辅腔泵浦EYDFA的温度分布、输出功率和后向Yb-ASE谱特性。结果表明,辅腔内镱波段振荡的形成可以使光纤放大器中的温度分布更加均匀,降低光纤放大器的最高温度。
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