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高功率光纤激光器是近年来国际上的研究热点。相比于气体或固体激光系统,光纤激光器在效率、体积、热管理和光束质量等方面,均有明显的优势。受泵浦源亮度和热效应等因素的限制,由半导体激光器直接泵浦的光纤激光器输出功率目前仍停留在千瓦量级。目前国际上获得高功率激光输出的主要途径分两种:一是相干组束技术,将多路光纤激光输出功率合成输出,有效地提升系统的总输出功率,并能保持较好的光束质量,是高功率激光的重要发展方向;另一个是采用光纤激光同带泵浦方案获得万瓦级以上高功率输出,同带泵浦技术具有泵浦亮度高,量子亏损小等优势,相比于半导体激光器直接泵浦方案具有更大的功率提升潜力,成为近年来国际上的研究热点。本论文基于掺镱双包层光纤激光器,对全光纤化高功率光纤激光器技术进行了详细的理论和实验研究。 1.简要介绍了光纤激光器的发展历程,分析了双包层光纤和包层泵浦技术的优势,综述了高功率光纤激光器的基本原理、分类、特点、应用和发展前景。详细分析了组束技术和同带泵浦技术对获得高功率激光的重要意义。 2.从双包层掺镱增益光纤、光纤布拉格光栅、光纤合束器等三个方面简要介绍了全光纤化高功率光纤激光器所涉及到的关键技术与核心部件。对构成高功率全光纤激光器不可或缺的关键器件—光纤光栅的原理,分类及主要制作方法进行了探讨,并详细说明了基于保偏光纤光栅的激光器偏振选择原理。 3.基于一对保偏光纤布拉格光栅,进行了高功率线偏振光纤激光实验验证。搭建了一个基于一对保偏光纤布拉格光栅的线偏振线形腔光纤激光器,通过保偏快慢轴交叉对准输出线偏振激光,输出激光性能稳定。考虑到石英光纤受温度影响折射率发生改变,进一步研究了激光器在温度变化情况下,激光输出波长和带宽等特性的变化。通过外界温度调节成功实现保偏光纤光栅偏振快慢轴精确对准,实现了输出激光中心波长和光谱宽度的精确控制。为保偏激光器的工程化、小型化奠定技术基础,有望用于更高功率的激光放大器装置中,以及光频转换、晶体倍频等领域。 4.为获得用于同带泵浦的高功率光纤激光,以1018nm光纤激光器为例,进行了系统的理论和实验研究。搭建了以一对光纤布拉格光栅为腔镜的1018nm光纤激光器谐振腔系统,实验中采用了两种不同增益光纤,并对实验结果进行对比分析。最后试验验证了抑制ASE并提高1018nm激光器效率的方法,并就缩短腔长和光纤缠绕这两种提高ASE阈值方法进行了分析,对下一步的工作方向进行了展望。