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脉冲光纤激光器以掺杂光纤为工作物质,以半导体激光器为泵浦源,在体积、能耗、光束质量等方面,同固体激光器相比,优势明显。基于种子光源主振荡放大(MOPA)方式的脉冲光纤激光器有利于获得脉冲能量高、平均输出功率大、光束质量好的激光光束,是一种比较理想的脉冲光纤激光实现方式,随着研制方案的进一步优化,有可能实现更大单脉冲能量和更高光束质量的脉冲激光输出。在这种技术方案中,性能参数合适的脉冲种子光源尤其重要。本文主要是研究和设计一种基于单模LD多级放大的全光纤脉冲光纤激光器,为实现脉冲双包层光纤激光器的国产化做好技术储备。
第一章综述了半导体激光器的发展及其应用,讨论了半导体激光器在温度方面的特性,并对半导体激光器驱动电源的设计要求和关键技术进行了分析。接着论述了脉冲光纤激光器的发展历史、发展趋势,介绍种子脉冲主振荡放大(MOPA)式的高平均功率光纤放大器。
第二章对自行研制的半导体激光器的温度控制系统进行了介绍。阐述了该系统的功能及实现原理,通过对部分硬件电路(温度采集电路,TEC驱动电路)和单片机的程序设计,采用PID温度控制算法,实现了温控精度<0.1℃(功率<1W)和<0.5℃(功率<30W)的半导体激光器温度控制系统。
第三章研制出了一种高重复频率、窄脉宽的半导体激光器脉冲驱动电源。基于功率场效应管的简化模型,推导出了功率场效应管的驱动特性。设计制作了多个参数连续可调的单模LD驱动脉冲电路。典型参数为脉宽20ns,重频50kHz,峰值电流30A。该电路同时具有脉冲峰值检测和自断电等保护功能,可有效保证LD的安全工作。
第四章对脉冲调制半导体激光器的多级光纤级联放大特性进行了研究,讨论了ASE和自激的抑制、光纤熔接、泵浦功率与光纤长度的优化等问题。建立了三级光纤级联放大系统,采用该系统,实现了对平均功率0.3mW脉冲种子光源的光纤放大,得到平均功率为2W、光束质量接近衍射极限的脉冲激光。