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双包层全光纤激光器光学薄膜技术研究

双包层全光纤激光器光学薄膜技术研究

作者：李青原厦门大学

学位级别：硕士

近年来,随着双包层光纤激光器在工业切割、光纤通信、显示器件、光学检测、医疗诊断等领域的普及,与双包层光纤激光器相关的光学薄膜技术逐渐进入研究者的视野。目前在双包层光纤激光器系统中,剩余包层光的剥离主要通过胶水涂敷、表面... 详细信息

近年来,随着双包层光纤激光器在工业切割、光纤通信、显示器件、光学检测、医疗诊断等领域的普及,与双包层光纤激光器相关的光学薄膜技术逐渐进入研究者的视野。目前在双包层光纤激光器系统中,剩余包层光的剥离主要通过胶水涂敷、表面刻蚀、金属吸收等方法来实现,但以上方法存在有耐候性差、制备复杂、可重复性差、温升效应明显等问题;此外,光纤激光器的谐振腔通常是由衍射光栅、输入或输出耦合器件构成,然而可见光和中红外波段的光纤光栅制备技术难度较高,并且无法进行多波段光谱调控,难以实现激光器系统的紧凑化以及高稳定性。本文以此为出发点,对于双包层全光纤激光器结构中所涉及到的光学薄膜技术以及光学薄膜器件的设计与制备进行了研究:首次将光学薄膜制备于双包层光纤内包层周面,以全透明氧化物薄膜为剥除介质实现对剩余包层光的有效剥离;将反射腔镜构建于光纤端面之上,提升了系统紧凑性,实现了全光纤化635nm Pr3+:ZBLAN双包层光纤激光器的有效运转。本文首先基于光学薄膜的等效导纳原理,研究了光纤内包层周面薄膜对剩余包层光的剥除机理,分析了不同折射率材料对剩余包层光的剥除能力,并以Al2O3和Ta2O5为例进行实验制备,使用包络线法进行光学常数的拟合,分析了制备工艺条件对光学常数的影响,获得了全透明、无吸收的薄膜材料。研究了不同剥离长度下剥离器的工作效果,最终以级联的方式将优化后的半周面Ta2O5薄膜剥离器与全周面Al2O3薄膜剥离器进行级联,在自然冷却的状态下包层光剥离器的剥离损伤阈值为24W,并且对976nm剩余包层光具有99.01%的平均剥离效率。其次从635nm Pr3+:ZBLAN双包层光纤激光器的运转原理出发对光纤端面反射镜提出了特定的分光要求:泵浦光443nm处高透射率,基频光635nm处高反射率,激光损伤阈值尽可能高。分析了膜层堆叠周期、折射率差值对极限反射率和反射带宽的影响,使用边界电场连续条件优化电场分布降低高折射率膜层中的电场振幅,使用非等厚反射周期替代部分等厚反射周期降低温升效应,采用单纯形法对泵浦光透射带进行优化。采用离子束辅助沉积的方法制备了光纤端面薄膜,在443nm处透射率为99.354%、635nm处反射率为99.957%,激光损伤阈值大于11.3MW/cm2,635nm激光的输出功率为5.5W。基于光学薄膜实现剩余包层光的剥离与光纤端面反射镜的构建具有较高的潜在应用价值,对于双包层光纤激光器、光纤放大器等系统朝着全光纤化方向发展具有重要意义。

关键词：光纤激光器光学薄膜包层光剥离器离子束辅助沉积双包层

双包层光纤激光器微棱镜反射式侧面耦合的新技术

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光学学报 2009年第4期29卷 974-979页

作者：王大拯王勇刚刘素平马骁宇中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程研究中心北京100083

提出了一种双包层光纤激光器侧面耦合技术——微棱镜反射式侧面耦合技术,能高效且方便地将半导体激光器,特别是高功率半导体激光器阵列和叠层的抽运光耦合进双包层光纤中。该技术具有结构简单、加工难度小、抽运效率高、对光纤本身无损... 详细信息

提出了一种双包层光纤激光器侧面耦合技术——微棱镜反射式侧面耦合技术,能高效且方便地将半导体激光器,特别是高功率半导体激光器阵列和叠层的抽运光耦合进双包层光纤中。该技术具有结构简单、加工难度小、抽运效率高、对光纤本身无损伤等特点,更重要的是该技术非常适合半导体激光器列阵的多点抽运。详细阐述了微棱镜反射式耦合技术的基本原理和具体使用方法,理论计算所得耦合效率超过90%,并进行了初步的实验研究,得到了超过50%的耦合效率。通过分析,对光源和棱镜具体尺寸参数提出了具体要求,并指出了其应用范围。

关键词：光纤激光器侧面耦合微棱镜双包层半导体激光器

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双包层光纤梯形微棱镜侧面耦合技术

中国激光 2009年第3期36卷 718-722页

作者：王大拯王勇刚刘素平马骁宇中国科学院半导体研究所光电子器件国家工程研究中心北京100083

提出了一种新型的双包层光纤激光器侧面耦合技术一梯形微棱镜侧面耦合技术,能高效且方便地将激光二极管,特别是高功率激光二极管阵列抽运光耦合进双包层光纤中。该技术采用一个与双包层光纤内包层折射率相同的材料加工而成的具有特殊角... 详细信息

提出了一种新型的双包层光纤激光器侧面耦合技术一梯形微棱镜侧面耦合技术,能高效且方便地将激光二极管,特别是高功率激光二极管阵列抽运光耦合进双包层光纤中。该技术采用一个与双包层光纤内包层折射率相同的材料加工而成的具有特殊角度的梯形棱柱,其中一个表面镀以特定角度的高反射率光学薄膜,通过梯形微棱镜该镀膜表面的反射,将抽运光耦合到内包层中。详细阐述了微棱镜反射式耦合技术的基本原理和具体使用方法,理论计算所得耦合效率超过90%。通过计算对激光二极管抽运源的线宽、发散角以及梯形微棱镜的具体参数进行了分析,并对该技术的适用范围,包括激光二极管、尾纤输出的激光二极管、激光二极管阵列、各种形状内包层结构等做了进一步讨论。

关键词：光纤激光器侧面耦合微棱镜双包层激光二极管

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双包层Er-Yb共掺光纤放大器的特性分析

光电子．激光 2003年第5期14卷 473-477页

作者：夏贵进赵尚弘董淑福占生宝李云霞空军工程大学电讯工程学院

基于速率方程,数值分析了在980nm泵浦下双包层Er Yb共掺光纤放大器的输出信号功率、增益和噪声特性;讨论了它们随激活光纤长度、输入泵浦功率和输入信号功率关系。结果表明,在小信号情况下,长度为5m的双包层Er Yb共掺光纤放大器的输出... 详细信息

基于速率方程,数值分析了在980nm泵浦下双包层Er Yb共掺光纤放大器的输出信号功率、增益和噪声特性;讨论了它们随激活光纤长度、输入泵浦功率和输入信号功率关系。结果表明,在小信号情况下,长度为5m的双包层Er Yb共掺光纤放大器的输出信号功率超过25dBm,增益高于30dB,噪声系数小于4dB。

关键词：光纤放大器双包层 Er-Yb共掺输出信号功率增益噪声特性

双包层平坦色散光子晶体光纤的设计与性能研究

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光学学报 2015年第A01期35卷 79-82页

作者：雷景丽李晓晓王道斌武刚刘延君侯尚林兰州理工大学理学院甘肃兰州730050

优化设计了一种由两种不同大小的空气孔组合而成的双包层六边形空气孔格点光子晶体光纤，并研究了该类光纤的几何参数对色散的影响。结果表明调节包层中空气孔的大小及孔间距，可以容易调节色散及低色散带宽、非线性等性能。优化设计可... 详细信息

优化设计了一种由两种不同大小的空气孔组合而成的双包层六边形空气孔格点光子晶体光纤，并研究了该类光纤的几何参数对色散的影响。结果表明调节包层中空气孔的大小及孔间距，可以容易调节色散及低色散带宽、非线性等性能。优化设计可以得到在C和L波段近零平坦的色散，其色散变化为（O±1．8）ps·km^-1·nm^-1。

关键词：光纤光学光子晶体光纤色散平坦双包层

掺Yb^(3+)双包层大模场面积微结构光纤光谱特性的研究

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光谱学与光谱分析 2011年第9期31卷 2525-2528页

作者：刘卓群周桂耀夏长明侯蓝田燕山大学亚稳材料制备技术与科学国家重点实验室河北秦皇岛066004 华南师范大学信息光电子科技学院广东广州510006

掺Yb3+双包层大模场面积微结构光纤(micro-structured fibers,MSF)是作为超大功率光纤激光器的理想介质。本文首先采用非化学气相熔炼法制备出掺Yb3+石英基玻璃材料,然后按照设计要求,通过排布拉制法制备了掺Yb3+双包层大模场面积微结... 详细信息

掺Yb3+双包层大模场面积微结构光纤(micro-structured fibers,MSF)是作为超大功率光纤激光器的理想介质。本文首先采用非化学气相熔炼法制备出掺Yb3+石英基玻璃材料,然后按照设计要求,通过排布拉制法制备了掺Yb3+双包层大模场面积微结构光纤。分别利用钛宝石飞秒激光器(波长调至为975 nm)和波长为980 nm LD激光器作为激励源,对掺Yb3+双包层大模场面积微结构光纤的荧光光谱进行分析,实验结果表明:该光纤在波长为1 050 nm处产生强的荧光,同时该光纤还能有效的抑制合作发光现象(coopera-tive luminescence)的产生。

关键词：掺Yb3+ 微结构光纤双包层光纤激光器

高功率双包层光纤激光器:30周年的发展历程

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中国科学：技术科学 2020年第2期50卷 123-135页

作者：周朴黄良金冷进勇肖虎许将明姚天甫国防科技大学前沿交叉学科学院长沙410073

1988年双包层光纤的发明,改变了光纤激光器只是弱光光源的历史.本文简要回顾双包层光纤发明30年以来高功率光纤激光器的发展史,按照时间顺序选取7个重要里程碑节点,通过对掺镱光纤、大模场光纤、级联泵浦、光束合成等关键技术的剖析,展... 详细信息

1988年双包层光纤的发明,改变了光纤激光器只是弱光光源的历史.本文简要回顾双包层光纤发明30年以来高功率光纤激光器的发展史,按照时间顺序选取7个重要里程碑节点,通过对掺镱光纤、大模场光纤、级联泵浦、光束合成等关键技术的剖析,展示光纤激光器输出功率从瓦级到100 kW级的提升过程,介绍光纤激光可实现"任意波长、任意脉宽、任意功率"这一最新成果,展望高功率光纤激光的未来发展和应用前景.

关键词：光纤激光双包层高功率掺镱级联泵浦光束合成

高效掺Yb^(3+)双包层光纤激光器的研究

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光子学报 2003年第8期32卷 911-913页

作者：阮双琛冯鸣文华胡苏红新吕可诚深圳大学工程技术学院深圳518060 南开大学物理科学学院天津300071

采用多模大功率半导体激光器泵浦掺Yb双包层D型光纤 ,详细研究了输出功率与泵浦的关系 ,使用 5m长多模光纤 ,获得了 1.0 7μm ,功率为 7.2W的激光输出 .

关键词：掺Yb^3+ 光纤激光器双包层

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高功率双包层光纤激光器温度分布的数值分析

北京理工大学学报 2005年第11期25卷 998-1002页

作者：高雪松高春清林志锋胡姝玲李家泽魏光辉北京理工大学信息科学技术学院光电工程系北京100081

对高功率光纤激光器热效应问题进行了理论研究,在分析热效应产生原因的基础上,建立了一套双包层光纤激光器稳态温度分布模型,数值模拟了光纤轴向和径向的温度分布,得出了不同的光纤长度、截面半径和制冷条件下光纤端面中心温度随激光输... 详细信息

对高功率光纤激光器热效应问题进行了理论研究,在分析热效应产生原因的基础上,建立了一套双包层光纤激光器稳态温度分布模型,数值模拟了光纤轴向和径向的温度分布,得出了不同的光纤长度、截面半径和制冷条件下光纤端面中心温度随激光输出功率的变化关系.结果表明,单根光纤在输出千瓦级激光情况下对光纤端面附近区域沿轴向制冷将显著降低热效应的影响.

关键词：光纤激光器热效应双包层掺Yb3+光纤数值模拟