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摘要高功率光纤激光器基于其光束质量好、转换率高、发散角小以及稳定性高等突出特点已经成为21世纪高功率激光器研究的热点。抑制大模场光纤激光器的高阶模能够在输出高功率的同时保证光束质量，具有重要意义。本文总结了近年来国内外大模场光纤激光器中高阶模抑制的各种方法和发展，根据麦克斯韦方程、波动方程等推导出了大模场光纤中模式的分布，对光束质量的各种评价方法进行了分析。此外，采用分析仪测试了光束质量，搭建了光纤盘绕对高阶模抑制影响的实验系统并进行实验研究，自制包层光功率剥离器，通过测试，器剥离度达94%，能够有效地剥离大模场光纤中的高阶模分量。30197
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关键词 大模场光纤 高功率激光器 高阶模抑制 光束质量 光纤盘绕 剥离器
毕业论文设计说明书外文摘要
Title The study on high-order modes suppression in large-mode-area fiber laser
Abstract
High power fiber laser has become a hot spot of High-power lasers studies in the 21st century,for it’s good beam quality, high conversion rate, small pergence angle and high stability。And the high-order modes suppression of large-mode-area fiber lasers has important significance ,because it can ensure high power output and good beam quality at the same time .In this paper,we summarized the methods and development of high-order modes suppression at home and abroad in recent years, deduced the model distribution of large-mode fiber based on Maxwell equations and wave equations,and analyzed the evaluation methods of beam quality .Besides, the beam quality of laser was tested by M2 laser factor analyzer. An experimental system of fiber coiling effect on high-order modes suppression has been build and tested .A homemade stripper research experiments has been test too,and the final stripped degree reached 94%,effectively stripping the high-order mode component
of large mode area fiber.
Keywords large mode fiber high power laser high-order mode suppression beam quality optical fiber coiling Stripper
目 次
1 绪论 2
1.1 光纤激光器发展史 2
1.2 高功率光纤激光器特点及研究现状 2
1.3 光纤激光器高阶模抑制技术 4
1.4 本章小结 5
2 光纤激光器模式理论基础 7
2.1 掺 光纤激光器 7
2.2 大模场光纤激光器理论研究 9
2.3 光束质量评价方法 14
2.4 本章小结 16
3 高阶模抑制实验研究 18
3.1 测试实验 18
3.2 弯曲法抑制高阶模 21
3.3 剥离器实验 29
3.4 本章小结 37
结论 38
致谢 39
参考文献 40
1 绪论
光纤激光器（Fiber Laser）是指用光纤作为增益介质的激光器，其在民用以及军事方面都具有非常广泛的运用，如激光光纤通讯、工业制造、激光切割、激光雕刻以及激光医疗器械仪器设备等。按照材料以及增益介质分类，可分为：塑料光纤激光器、非线性光学型光纤激光器、稀土类掺杂光纤激光器、晶体光纤激光器，其中产业化程度最高、最为常见的光纤激光器为稀土掺杂光纤激光器。
1.1 光纤激光器发展史
继1960世界第一台激光器——红宝石激光器诞生后，1962年世界上第一个GaAs半导体激光器随之问世。在50多年的历史中，半导体激光器在激光通信、光盘存储、激光检测等领域得到了广泛的应用。随着技术的发展，大功率半导体激光器泵浦的固体激光器（DPSSL）应运而生，其相对于传统的固体激光器与半导体激光器，结合了半导体激光器体积小、重量轻以及传统的固体激光器输出光束质量好，相干性高，光束发散角及线宽小的特点。但固体激光器将吸收来的高能量光子转化为波长较长的低能量光子，在转化的过程中，有部分能量将以无辐射跃迁的方式转换为热。此时，半导体泵浦固体激光器的关键技术之一便是如何将这部分热量成功排除。其中将增益介质做成细长的光纤状即为一项重要的方法。1961 年，Snitzer 在掺 Nd3+的玻璃波导中发现了激光辐射现象[1]。但由于半导体激光器在室温下无法连续运行并且损耗较大，导致光纤激光器发展缓慢。1970 年光纤的损耗为 20dB/km，相对于1961年的1000dB/km已经有了很大进步。可以在室温下连续工作的半导体激光器的研制成功，为光纤激光器的发展奠定了基础[2]。1987年美国贝尔实验室及英国南安普顿大学都证明了掺铒光纤放大器(EDFA)的可行性[3]。1988 年， Snitzer 等人发明了双包层光纤，光纤激光器只能小功率激光输出的状况得到了改变[4]。从此以后，随着包层泵浦技术以及大功率 LD 技术的发展，光纤激光器一百瓦以上的连续激光输出在二十世纪九十年代末得到了实现。光纤激光器连续输出功率在二十一世纪初突破 1kW[5]。而且， 高功率光纤激光器基于其光束质量好、转换率高、发散角小以及稳定性高等突出特点，正飞速地取代各种传统激光器，也因此成就了其“21 世纪初最伟大的发明之一”的地位。