大模场光纤激光器中的高阶模抑制实验研究(2)
时间:2018-11-14 18:58 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
1.2 高功率光纤激光器特点及研究现状 1.2.1 高功率光纤激光器特点 在光纤激光器的连续与脉冲两种机制中，目前只有连续光纤激光器的输出达到了千瓦级。由于其相对于传统激光器多方面的优势，在激光领域得到了很好的应用。 转换效率上，由于NA和包层直径都较大的特点，光纤能够将半导体激光非常有效地耦合到内包层中，因此在合适选择光纤长度与包层形状后，能使激光器的转换效率大大提高。对于输出光束质量，光纤激光器中产生的激光都被约束在掺杂有稀土离子的纤芯中，因此纤芯的波导结构决定了激光的光束质量，不会因为受热而变化。纤芯直径一般为几微米至几十微米， 数值孔径也较小，因此通过一定的模式控方法，可以得到接近衍射极限的激光输出。较好的光束质量能使激光能量更集中，从而提高激光作用于物质的效率[2]。此外，由于光纤结构细长，具有相对较大的表面积/体积比，光纤激光器还具有很强的散热性能。模块化的泵浦源以及光纤细软的结构造就了其体积小、结构紧凑的特点。稳定性好及几乎免文护性能更是光纤激光器相对于传统激光器的一个绝对优势。 1.2.2 国内外研究现状 （1）国外研究现状 （2）国内研究现状 1.3 光纤激光器高阶模抑制技术 1.3.1 高阶模抑制研究的意义 近年来，光纤激光器的输出功率不断提高[12]。采用传统的小芯径光纤，可以获得近衍射极限的激光输出，但是想要进一步提升功率，会受到光纤的各种非线性效应，如激拉曼散射SRS、受激布里渊散射 SBS、四波混频(FWM) 以及光纤端面损伤等因素制约[13]；同时也会发生光纤的热损伤，这就会影响输出功率的进一步提高[14]。为了克服这个困难，获得更高功率输出，在更高功率的光纤激光器中，人们一般采用大模场面积（large mode area，LMA）光纤[15]。这种光纤具有芯径大、掺杂浓度高等特点[16]，能很好地克服非线性效应及光纤端面损伤等问题[2][14]。但随着光纤芯径的增加，光纤输出模式也随之增多一般不能满足单横模运行条件（光纤归一化频率 V<2.405），纤芯中出现了多模式传输，这便会影响输出激光的光束质量，这就带来了光束质量变差等新问题。所以为了使大模场光纤同样获得近衍射极限输出，进一步获得更高功率高输出同时保证输出质量的光束，通过对大模场光纤激光器进行高阶模抑制来得到基模 输出的研究就显得尤为重要。 1.3.2 高阶模抑制研究方法 光纤弯曲缠绕抑制高阶模：即根据不同模式对光纤弯曲的不同敏感程度而进行模式选择的方法。根据Marcuse的弯曲损耗理论[17,18]，光纤弯曲会带来信号光的损耗，且不同模式的弯曲损耗不同。在相同的条件下，高阶模对于弯曲更为敏感，损耗也更大，这也是通过光纤弯曲的方法来抑制高阶模的原理[19]。相对于其他模式选择而言，该方法是目前最为简单方便的一种选模法，其缺点为对于超大模场光纤有效弯曲半径过小。 光纤拉锥抑制高阶模：利用高阶模在锥形区域损耗大而低阶模在锥形区域损耗小的原理，将光锥插入输出端或者对光纤进行拉锥来选取模式的方法。相当于在多模光纤内部增加了一个模式滤波器，将高阶模进行滤除[2]。当拉锥参数不同时，拉锥区纤芯尺寸改变。纤芯NA保持不变时，纤芯尺寸的减小，有利于增大拉锥区对高阶模式的损耗，进而抑制高阶模式在腔内的振荡[20]。随着拉锥区直径的变化，归一化频率V也随之改变，当V≤2.405时，高阶模被抑制，只有基模一个模式存在，这样就实现了单模输出。相对于其他高阶模抑制方法，该方法是一种比较经济、有效的方法，但存在泵浦光损耗严重、拉锥区域在高功率下发热严重的问题。 (责任编辑：qin) |