高功率掺镱双包层光纤放大器放大特性理论模拟

运用掺镱双包层光纤放大器的理论模型,分析了连续和脉冲光放大时放大自发辐射(ASE)的计算方法。采用Runge-Kutta方法求解了考虑ASE稳态时掺镱双包层光纤放大器的放大特性,采用有限差分法求解了矩形、高斯和超高斯脉冲的放大特性。结果表明：用3 m长的双包层光纤、10 W的泵浦功率可以将脉宽3 ns、峰值功率为1 W的脉冲信号光峰值功率放大到15 kW左右;在饱和增益情况下,脉冲的波形变尖,宽度变窄;采用短的大模场双包层光纤和后向泵浦方式可以有效地降低ASE,并避免有害非线性效应。     

FEMLAB在模拟掺镱双包层光纤放大器脉冲放大特性的应用1

应用FEMLAB软件模拟掺镱双包层光纤放大器的脉冲放大特性.计算了在915 nm前向抽运下，光纤放大器中的上能级粒子数，抽运光和放大自发辐射在光纤中的稳态分布,以及高斯脉冲和方波脉冲的输出、能量及增益特性.与文献上的结果进行比较证明了该程序的有效性.     

脉冲泵浦的掺镱光纤放大器中放大自发辐射动态变化模拟

在低重复率、高能量脉冲的应用场合,光纤放大器中采用脉冲泵浦的方式具有重要意义.本文模拟了脉冲泵浦方式下掺镱双包层增益光纤中放大自发辐射功率的动态变化,为优化脉冲泵浦方式提供了参考.通过有限元分析方法求解光纤中镱离子的速率方程和各光场的功率传输方程,模拟了正向泵浦条件下,泵浦脉冲开始后0~740 μs时间内光纤内部正向、反向放大自发辐射功率分布情况的动态变化以及光纤两端放大自发辐射输出功率随泵浦时间的变化.模拟结果发现了光纤两端正向、反向放大自发辐射功率增长速度的差异之处,以及光纤内部两种放大自发辐射功率分布动态演变的一些特征.     

脉冲泵浦的掺镱光纤放大器中放大自发辐射动态变化模拟

在低重复率、高能量脉冲的应用场合,光纤放大器中采用脉冲泵浦的方式具有重要意义.本文模拟了脉冲泵浦方式下掺镱双包层增益光纤中放大自发辐射功率的动态变化,为优化脉冲泵浦方式提供了参考.通过有限元分析方法求解光纤中镱离子的速率方程和各光场的功率传输方程,模拟了正向泵浦条件下,泵浦脉冲开始后0～740μs时间内光纤内部正向、反...     

掺镱双包层高功率光纤激光器热效应的理论研究

针对高功率掺镱双包层光纤激光器（DCFL）的热效应,由热传导方程并借助速率方程模型导出温度分布的解析解,研究了泵浦方式和泵浦吸收系数对DCFL腔内温度的影响。结果表明：温度沿径向的变化与轴向相比可以忽略;采用传统端面泵浦会导致DCFL局部温度过高,实际中应使用两端对称泵浦方式;而减小泵浦吸收系数虽可改善温度特性但会降低系统的输出功率。进一步分析得出,综合采用分段泵浦方式和不均匀泵浦吸收系数可实现温度分布和输出功率的最佳匹配。     

掺镱双包层高功率光纤激光器热效应的理论研究

 针对高功率掺镱双包层光纤激光器（DCFL）的热效应,由热传导方程并借助速率方程模型导出温度分布的解析解,研究了泵浦方式和泵浦吸收系数对DCFL腔内温度的影响。结果表明：温度沿径向的变化与轴向相比可以忽略;采用传统端面泵浦会导致DCFL局部温度过高,实际中应使用两端对称泵浦方式;而减小泵浦吸收系数虽可改善温度特性但会降低系统的输出功率。进一步分析得出,综合采用分段泵浦方式和不均匀泵浦吸收系数可实现温度分布和输出功率的最佳匹配。     

国产掺镱双包层光纤的激光特性

采用MCVD方法研发了掺镱双包层光纤,并对其结构特性、荧光特性和激光特性进行了测试和研究。其D形内包层尺寸为400/450μm,数值孔径为0.36,纤芯直径约为16μm,数值孔径约为0.18。荧光谱线的范围为1 000~1 140 nm,1 030 nm处的峰宽大于50 nm。采用大功率激光二极管单端泵浦6 m长的双包层光纤,在泵浦入纤功率为61 W时, 获得了32 W的激光输出,斜率效率为64%。该光纤在高功率处未发现饱和现象,通过优化光纤参数与泵浦方式还可以提高转化效率和输出功率。实验表明该光纤可以取代进口光纤用作高功率激光器件。     

国产掺镱双包层光纤的激光特性

 采用MCVD方法研发了掺镱双包层光纤，并对其结构特性、荧光特性和激光特性进行了测试和研究。其D形内包层尺寸为400/450μm，数值孔径为0.36,纤芯直径约为16μm，数值孔径约为0.18。荧光谱线的范围为1 000~1 140 nm，1 030 nm处的峰宽大于50 nm。采用大功率激光二极管单端泵浦6 m长的双包层光纤，在泵浦入纤功率为61 W时， 获得了32 W的激光输出，斜率效率为64%。该光纤在高功率处未发现饱和现象，通过优化光纤参数与泵浦方式还可以提高转化效率和输出功率。实验表明该光纤可以取代进口光纤用作高功率激光器件。     

高功率掺镱双包层光纤激光器中光纤损伤及其理论分析

针对高功率掺镱双包层光纤激光器热效应引起的光纤损伤情况,由热传导方程,结合边界条件推导了两端泵浦情况下双包层光纤激光器光纤内的温度分布及热效应引起的应力分布,并对光纤内的温度分布和应力分布进行了数值模拟.结合模拟结果,对光纤的损伤进行了解释,分析了引起光纤热效应的主要因素.对两端泵浦情况的模拟与分析符合高功率光纤激光器的实际工作情况,这对优化高功率光纤激光器的设计有一定的参考价值.     

掺镱双包层光纤放大器分布泵浦方式下的优化算法

 利用平均反转率迭代算法计算掺镱双包层光纤放大器分布泵浦方式下的稳态速率方程组,并采用遗传算法对分布泵浦功率的大小和每段光纤长度同时进行优化。评估函数中引入了每段光纤中最高温度的标准方差,以确保每段光纤中的最高工作温度是相同的。通过优化,7段泵浦的最高温度和标准方差分别为126.34 ℃和1.95 ℃ ,8段泵浦条件下的最高温度和标准方差分别为119.76 ℃和2.12 ℃。而未经优化的7段泵浦的最高温度和标准方差分别为147.12 ℃和21.37 ℃,8段泵浦条件下的最高温度和标准方差分别为139.95 ℃和20.83 ℃。计算结果表明：泵浦方式的优化降低了最高温度和标准方差,实现了光纤中温度分布的均匀性,并且通过增加泵浦段数可以进一步降低最高温度和平坦温度分布。     

掺Yb3+双包层光纤激光器的数值分析

 对掺Yb³⁺双包层光纤激光器不同参数情况下的输出功率和增益分布进行了数值模拟，分析了一端泵浦和双端泵浦方式下输出特性的差异，激光沿光纤长度方向的分布，输出功率与光纤长度、腔镜反射率及泵浦功率的关系。结果显示：两端泵浦较一端泵浦增益更加平坦，输出功率也稍高；当泵浦光波长为975nm时，输出激光功率对光纤长度更为敏感，最佳光纤长度相对于泵浦光波长为915nm时短且转化效率高；在大功率长光纤的情况下，光纤有损耗时输出功率随输出腔镜反射率的增加单调地减小，无损耗时输出功率不随输出腔镜反射率变化。     

掺Yb3+双包层光纤激光器实验中的荧光分析

在研究掺Yb3+光纤激光器的实验中,发现伴生有可见区的荧光,用光谱仪测量发现该可见区荧光的波长分别为639.4 nm,520.7 nm,487 nm和474.8 nm,通过对比分析掺Yb3+光纤中杂质的能级结构,发现伴生的红、绿、蓝荧光由Yb3+与Pr3+合作产生,其荧光过程是由于Yb3+离子的能量转移给Pr3+,由Pr3+受激辐射产生的红、绿、蓝荧光.实验结果表明:掺Yb3+双包层光纤吸收泵浦光后产生的荧光是上转换的,这会导致光纤激光器激光能量转换效率的降低.     

Pulsed ytterbium-doped large mode area double-clad fiber amplifier in MOFPA configuration

A pulsed master oscillator fiber power amplifier working in nanosecond range has been developed. An ytterbium-doped double-clad (large mode area) optical fiber was used as an amplifying medium. Actively Q-switched Nd:YVO laser was used as a seed of light pulses. The system worked at the repetition rate from 10 kHz to 40 kHz. At the amplifier output, pulses of 10.9 kW peak-power were achieved. The laser system worked at the slope efficiency of 30%.     

掺镱双包层光纤放大器分布泵浦方式下的优化算法

利用平均反转率迭代算法计算掺镱双包层光纤放大器分布泵浦方式下的稳态速率方程组,并采用遗传算法对分布泵浦功率的大小和每段光纤长度同时进行优化。评估函数中引入了每段光纤中最高温度的标准方差,以确保每段光纤中的最高工作温度是相同的。通过优化,7段泵浦的最高温度和标准方差分别为126.34 ℃和1.95 ℃ ,8段泵浦条件下的最高温度和标准方差分别为119.76 ℃和2.12 ℃。而未经优化的7段泵浦的最高温度和标准方差分别为147.12 ℃和21.37 ℃,8段泵浦条件下的最高温度和标准方差分别为139.95 ℃和20.83 ℃。计算结果表明：泵浦方式的优化降低了最高温度和标准方差,实现了光纤中温度分布的均匀性,并且通过增加泵浦段数可以进一步降低最高温度和平坦温度分布。     

Comparative study of the output characteristics of ytterbium-doped double-clad fiber lasers with different pump schemes

The output characteristics of ytterbium-doped double-clad fiber lasers (YDCFLs) with different pump schemes are compared numerically in detail. The results show that the backward pumped YDCFL with pump reflection for double-pass scheme has the highest conversion efficiency, the most suitable for saving pump powers. As a result of the maximum output power per meter occurring in the forward pumped YDCFL with pump reflection, it means that this kind of pump scheme is preferable for saving YDCF lengths. Moreover, the output characteristic of the bi-directional pumped YDCFL is between forward and backward pumped ones.     

Influence of fusion splice on high power ytterbium-doped fiber laser with master oscillator multi-stage power amplifiers structure

We have developed models to investigate the power properties of monolithic fiber laser with master oscillator multi-stage power amplifiers configuration. In the simulation the effect of optical characteristics of fiber fusion splice was considered, which was introduced by connecting fiber amplifiers. The theoretical modeling was established based on the classic theory of rate equations and the computational method was described in detail. On the basis of three high-power fiber lasers with different structures, we analyzed the splice loss and return loss, and how they influence the distribution of laser power in the system. The results showed that, on the present splicing level, both the enhancement of the pump capacity of fiber laser and the reduction of the quantity of power amplifier modules were effective strategies to accomplish fiber laser with tens of thousands of watts output.     

高功率双包层光纤激光器热效应及功率极限

 基于稳态热传导方程,对高功率双包层光纤激光器的热效应进行了研究,分析了光纤尺寸、冷却条件、泵浦功率等因素对光纤温度场的影响。对给定参数的光纤,给出了理论功率极限。指出对于目前常用双包层光纤激光器,最大输出功率主要受各外包层材料的熔点和非线性效应限制,从而可以确定功率限制的瓶颈所在,提出有效的改进方案,如减弱或消除线性效应、提高外包层的耐热能及改进制冷方案。     

高功率双包层光纤激光器热效应及功率极限

基于稳态热传导方程,对高功率双包层光纤激光器的热效应进行了研究,分析了光纤尺寸、冷却条件、泵浦功率等因素对光纤温度场的影响。对给定参数的光纤,给出了理论功率极限。指出对于目前常用双包层光纤激光器,最大输出功率主要受各外包层材料的熔点和非线性效应限制,从而可以确定功率限制的瓶颈所在,提出有效的改进方案,如减弱或消除线性效应、提高外包层的耐热能及改进制冷方案。