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高功率光纤放大器的研究是目前激光领域比较活跃的研究方向之一。光纤放大器在体积、重量、效率、结构等方面比其他固体激光器具有明显的优势,在工业、医疗、科研、军事等领域已展现出极其诱人的应用前景。在世界范围内,全光纤化光纤激光器及放大器被公认为是实用化和产业化的最佳途径,也是目前唯一进入商业化和产业化的技术方案。本文将从理论和实验两方面对全光纤化脉冲光纤放大器进行研究。
第一章综述了采用种子源主振荡一放大(MOPA)、调Q和锁模三种技术获得高峰值功率、高能量光纤激光输出的国内外新进展,分析了高功率脉冲双包层光纤放大器的工作原理及关键技术。
第二章根据激光功率传输方程和掺Yb3+双包层光纤放大器的物理模型,采用有限差分法对掺Yb3+光纤放大器的高功率放大特性进行了计算模拟,研究了脉冲信号通过掺Yb3+光纤放大器后的放大与波形畸变,该工作对于掺Yb3+光纤放大器的设计和研制有着一定的参考价值。
第三章采用国产的大模场面积双包层光纤和(2+1)×1多模泵浦光纤耦合器,设计和研制了全光纤化高重频脉冲光纤放大系统,研究了种子光输出功率对放大性能的影响。结果表明,在泵浦功率一定的情况下,为保证脉冲光纤放大器稳定可靠地运行,种子光功率存在一个特定的取值范围。采用性能参数符合要求的Nd:YVO4声光调Q固体激光器作为种子源,获得了平均功率20 W的近衍射极限脉冲激光输出,光-光转换效率高于50%,脉冲频率在50~175kHz连续可调,脉冲宽度约为15 ns。
单频、高功率激光在激光雷达、光谱学、精密测量等领域有非常广泛的应用。第四章采用5.3 m国产大模场面积双包层光纤,实现了波长为1064 nm的单频激光放大,在入纤泵浦功率28 W时,获得了7.3 W的窄线宽放大激光输出,斜率效率为39%,放大后仍旧保留振荡器的谱线特征。在此基础上,重点对该窄线宽放大系统的一些基本特性进行了研究,如输出功率特性、发射光谱特性及ASE的抑制等。
脉冲整形技术在非线性光学及激光惯性约束核聚变等领域有非常广泛的应用。第五章利用激光诱导等离子体开关技术,首先对355 nm脉冲激光自削波进行了实验和理论研究。分别采用5种不同焦距的透镜,集中讨论了透镜焦距及激光器输出单脉冲能量对脉宽压缩的影响,发现采用焦距为200 mm的透镜能够获得最佳的脉冲压缩效果。在激光电离Cu小孔内壁表面及空气击穿共同作用下,获得了脉宽最短达2.11 ns的脉冲激光输出。此外,根据实验结果得到了355 nm激光空气击穿阈值,并与理论估算值进行比较,发现两者结果较为一致。其次,对532 nm激光脉宽控制进行了实验研究。通过在光路中引入光程差,最终获得了1.5 ns~12 ns脉宽可调的绿光输出