基于分布式侧面耦合包层泵浦光纤的高功率振荡器研究

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高功率光纤激光器由于其优异的性能,在民用和军用领域都有重要的应用,成为近年来国际上的研究热点。全光纤激光振荡器由于其结构简单、性能稳定成为千瓦级光纤激光器的首选。目前的高功率光纤振荡器多采取大模场掺镱双包层光纤作为增益光纤,采取端面泵浦方式,取得了重要进展,输出功率已经超过2 kW。但是由于泵浦注入端口有限、泵浦注入导致的端面处的热积累等因素的限制,其功率进一步拓展面临挑战;而分布式侧面耦合包层泵浦(Distributed Side-Coupled Cladding-Pumped,DSCCP)光纤由于其新颖的基于倏逝波耦合的分布式泵浦注入方式,以及可以通过级联不断增加泵浦端口等优势,被视为是一种突破限制、实现功率拓展的新型光纤。到目前为止,国内外仅有少量的相关文献报道,且主要集中于放大器领域。基于DSCCP光纤的振荡器实验研究仅仅在黄值河博士的学位论文里有相关报道,但缺乏系统的研究。因此,论文通过对高功率DSCCP光纤振荡器输出特性的研究获得了实验结论,并基于相关结论提出了千瓦级单模DSCCP光纤振荡器的设计方案。论文的主要工作如下:1.基于DSCCP光纤的高功率光纤振荡器实验研究基于国产25/250-250μm DSCCP光纤搭建了单级、两级及三级级联光纤振荡器。利用单级振荡器实现了760 W斜率效率72.8%的激光输出,论证了基于双端泵浦方案拓展DSCCP光纤振荡器输出功率的可行性,验证了后向泵浦方案在抑制残余泵浦光方面的优势;利用两级级联DSCCP光纤振荡器,实现了1.14 kW斜率效率68.1%的激光输出,验证了通过DSCCP光纤级联提升光纤振荡器输出功率的可行性,同时还验证了末级后向泵浦方案在抑制残余泵浦光方面的优势;利用三级级联DSCCP光纤振荡器实现了2 kW量级的激光输出,最终输出功率1969 W斜率效率72.2%,是国际上报道的首个基于250μm包层的光纤实现2 kW量级振荡器的方案;研究了光束质量的变化规律,提出了优化光束质量的方案。2.基于DSCCP光纤速率方程模型的数值研究首次提出多级级联DSCCP光纤振荡器速率方程模型,利用该模型对实验结果进行了数值模拟,模拟结果与实验结果吻合良好,证明了模型的可靠性;在考虑受激拉曼散射的条件下对多级级联DSCCP光纤振荡器的功率拓展能力进行了研究;提出了基于DSCCP光纤的千瓦级全光纤振荡器设计方案,验证了缩小纤芯直径控制振荡器模式的可行性。
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