双级结构高功率铒/镱共掺光纤放大器的理论和实验研究

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波长1.5μm附近的红外激光处于光纤通信的低损耗窗口,且具有“人眼安全”特性,因此在通信、医疗、远程遥感等方面都有很广的用途,研究意义重大。本论文研究的是能对1.5μm附近波长激光进行放大的高功率光纤放大器系统。此放大器采用双级结构,其中的第二级为铒/镱共掺双包层光纤放大器。研究具体内容如下:绪论中,介绍了铒/镱共掺双包层光纤放大器的发展历史、基本原理和研究现状等。理论方面,文中以原子速率方程为基础,结合功率传输方程分别针对连续和脉冲放大情况建立了包含ASE功率计算过程在内的理论模型。对于连续光的放大,通过数值模拟分析了增益光纤长度和信号输入功率变化对放大器输出功率的影响,仔细描述了在泵浦功率一定的情况下优化光纤长度以及选取恰当输入信号功率的过程,并确定了模拟中使用的放大器的最佳参数。对于脉冲信号的放大,分别模拟了不同形状、不同重复频率脉冲信号的放大情况,以矩形和高斯脉冲为例分析了不同形状脉冲放大后波形的变化以及不同脉冲频率对输出功率、脉冲能量和ASE抑制效果的影响。实验方面,对连续光和脉冲信号的放大情况分别进行了实验。第一级放大器实验中,分别测得了连续、方波、正弦三种输入信号情况下不同泵浦功率对应的输出功率大小的变化曲线以及光谱和脉冲波形变化。对第二级,实验了连续和调Q高斯脉冲两种输入信号的放大情况,测得了不同泵浦功率对应的输出功率随输入信号功率变化的几组数据曲线以及放大前后的光谱和波形并进行分析,得出的功率和波形变化趋势与理论模拟的情况相符合。实验中获得最高输出功率为1.33 W,光-光转换效率17 %,系统的总增益29.5 dB。
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