基于SBS的掺铥光纤放大器对双单频激光放大特性的研究

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2μm波段激光凭借其所具有的人眼安全、可调谐范围广等优点广泛应用在激光医学、生物学、激光雷达、遥感探测、军事技术等领域,因而受到研究人员越来越多的关注。为了提高激光器输出光的光束质量,大功率光纤激光器均采用主振荡功率放大(MOPA)结构。但是,在普通的窄线宽光纤放大器中,由于传输功率高,纤芯截面积小,同时相互作用距离长,各种非线性效应很容易产生,特别是受激布里渊散射(SBS)效应的影响较严重,从而导致了放大器的输出功率大大降低。本文就掺铥光纤放大器对双单频和双单频激光放大特性进行研究,为高性能MOPA大功率掺铥光纤放大器的研制提供了理论依据。本文的主要工作和创新点包括:1.建立了基于SBS效应的掺铥光纤放大器对双单频激光放大的理论模型,采用牛顿迭代法和龙格-库塔法相结合的方法对双单频掺铥光纤放大器的理论模型进行求解。2.利用Matlab软件对上述模型进行了数值仿真,得出了掺铥光纤放大器中泵浦光功率、信号光功率、Stokes功率、温度能量沿光纤长度的分布,并对掺铥光纤放大器的双单频激光放大和单频激光放大的性能等进行了对比分析。在相同的条件下,当两个信号光种子功率比为1:1时,双单频激光放大时信号输出功率约为单频放大时的两倍,双单频放大时SBS阈值功率是单频放大时的两倍。3.当两个种子光中心波长分别为1941 nm和1940 nm,功率为1 W,泵浦功率为60 W时,对于28m的光纤长度可以得到最大25.75 W的信号光输出功率。通过适当增加光纤长度,提高Tm3+掺杂浓度,增大泵浦光功率,增大光纤纤芯有效面积等,均可以有效提高掺铥放大器的输出功率,并抑制双单频激光放大的SBS效应。
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