基于超高斯特征的泵浦光束分布模型优化

作     者：景贵 

作者单位：西安工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王垚廷

授予年度：2024年

学科分类：080901[工学-物理电子学] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0803[工学-光学工程] 

主      题：全固态激光器 超高斯分布模型 输出特性 泵浦光束 光纤耦合 

摘      要：长期以来,全固态激光器一直备受青睐,特别是在1342 nm激光光源方面,其在光纤通讯、激光医学等领域发挥着关键作用。随着全固态激光器的问世,研究的焦点已逐步转移到了提高工作效率和光束质量上。影响激光器效率的因素很多,主要包括泵浦方式、谐振腔设计、温度控制等。在前人的工作基础上,本文围绕如何优化泵浦光抽运模型展开研究,以半导体激光器为泵浦源,对1342 nm Nd:Gd VO4固体激光器输出特性进行分析。提出了一种基于传统描述泵浦光抽运模型的组合超高斯模型,该模型使用占比不同的高斯模型与超高斯模型的组合。主要研究内容如下: 分析激光技术及其光纤耦合过程。包括激光的基本理论及其激光工作原理,并将速率方程理论应用于本文的研究过程中,以及光学谐振腔的损耗这种影响激光工作的重要因素进行分析并提出解决方案。并介绍固体激光器常见种类。了解光纤的结构及分类、光纤耦合工作过程及工作原理。针对光纤耦合特性展开分析,研究激光耦合进光纤的耦合条件,激光与光纤机械对准误差对光纤耦合的影响,最后研究了激光入射条件对光纤输出光束的影响。 介绍高斯光束理论模型,高斯光束传输特性及基本特性,以及高斯分布的场分布。及高斯光束的准直,对于超高斯光束,主要介绍了超高斯光束的场分布、近场传播、M2因子、以及其传输特性等。 本文的创新点在于提出了半导体激光器光纤耦合光束强度的组合超高斯分布模型,数值计算了了不同阶次超高斯光束的具体分布。在上述研究基础上,实验测量了光纤耦合半导体激光器的输出光束分布,对其进行了高斯和超高斯拟合,结果表明采用高斯与超高斯光束组合更能准确的描述输出光束的分布,其决定系数达到了0.9919,优于高斯函数和2阶超高斯函数。进而利用该光纤耦合的半导体激光器输出光束作为泵浦源,构成1342 nm输出的全固态激光器,实验研究给出了该激光器输出功率与泵浦功率的关系。将此理论模型应用于光纤耦合激光二极管端面泵浦Nd:Gd VO4激光器,得到了与实验符合较好的理论计算结果。