高功率双包层光纤激光器受激拉曼散射和热效应的理论研究

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1、高功率双包层光纤激光器受激拉曼散射和热效应的理论研究高功率双包层光纤激光器受激拉曼散射和热效应的理论研究高功率双包层光纤激光器受激拉曼散射和热效应的理论研究高功率双包层光纤激光器受激拉曼散射和热效应的理论研究高功率双包层光纤激光器受激拉曼散射和热效应的理论研究高功率双包层光纤激光器受激拉曼散射和热效应的理论研究高功率双包层光纤激光器受激拉曼散射和热效应的理论研究高功率双包层光纤激光器受激拉曼散射和热效应的理论研究高功率双包层光纤激光器受激拉曼散射和热效应的理论研究高功率双包层光纤激光器受激拉曼散射和热效应的理论研究高功率双包层光纤激光器受激拉曼散射和热效应的理论研究高功率双包层光纤

2、激光器受激拉曼散射和热效应的理论研究第18卷第9期2006年9月强激光与粒子束HIGHPOWERLASERANDPARTICLEBEAMSVol_18,No.9Sep.,2006文章编号:1001—4322(2006)09—1438—05高功率双包层光纤激光器受激拉曼散射和热效应的理论研究陈吉欣,隋展,陈福深,刘志强.,李明中,王建军,罗亦鸣(1.电子科技大学通信与信息工程学院光纤重点实验室,成都610054;2.中国工程物理研究院激光聚变研究中心,四川绵阳621900;3.中国工程物理研究院应用电子学研究所,四川绵阳621900)摘要:受激拉曼散射和热效应会限制光纤激光器功率的提

3、高.利用高功率光纤激光器的速率方程和热传导方程,理论研究了双端泵浦和分布泵浦下双包层光纤激光器的受激拉曼散射和热效应,得到了光纤中的泵浦光,激光和斯托克斯光的功率分布,光纤激光器的输出特性以及光纤中的温度分布.分析表明,当泵浦功率增大到一定值时,光纤激光器中出现SRS,一部分激光功率会转移给斯托克斯光,影响激光功率进一步提高;与双端泵浦方式相比,分布泵浦下光纤激光器的斜率效率和最大输出功率相差不大,但是,光纤中的温度分布被有效地降低,因此,分布泵浦方式更为有效.关键词:高功率激光;双包层光纤;光纤激光器;泵浦方式;受激拉曼散射;热效应中图分类号:TN248文献标识码:A目前,双包层

4、光纤激光器的输出功率不断提高.2004年,Jeong等人报道了输出功率为1.36kw的掺Yb件双包层光纤激光器n].2005年,上海光机所报道了输出功率为440W的掺Yb件双包层光纤激光器,这是国内得到的最高功率的光纤激光器].除了耦合到双包层光纤中的泵浦光功率外,限制光纤激光器功率进一步提高的主要因素有热效应和受激拉曼散射(SRS)【3].热效应会使光纤中的温度过高,引起光纤熔化.SRS会把一部分激光功率搬移到长波长的斯托克斯光上,影响激光功率进一步提高.对于高功率的双包层光纤激光器,双端泵浦和分布泵浦是常见的泵浦方式].双端泵浦将泵浦光从光纤的两个端面注人;分布泵浦是在双端泵浦

5、的基础上,利用侧向耦合技术,同时在光纤的侧面将泵浦光注入.相对于双端泵浦,分布泵浦可以降低对泵浦半导体激光器(LD)功率的要求.文献[-5-1数值分析了分布泵浦的双包层光纤激光器的功率特性,但是未考虑SRS和热效应的影响.文献[6]分析了双包层光纤激光器的热效应,但是未考虑SRS的影响.文献[-7-1从理论上对kW级光纤激光器中的SRS进行了分析,得到增大纤芯直径和减小光纤长度可以削弱SRS的结论,这与普通光纤中得到的结论类似.但是,在分析中仅考虑了双端泵浦的情况,未考虑分布泵浦的情况.本文从速率方程和热传导方程出发,考虑SRS的影响,对双端泵浦和分布泵浦下的掺Yb抖双包层光纤激光

6、器的功率和温度特性进行了理论研究,并用已有的实验对理论分析的结果进行了对比和讨论.1理论模型图1为掺Yb汁双包层光纤激光器的结构示意图.光纤长度为L,光纤左端采用双色镜(对泵浦光高反,对产生的激光高透),右端直接采用解理面作为输出耦合.图1(a)为双端泵浦方式,泵浦光从光纤的两个端面注pump尸,IJpumpP1IJL:0L/2(a)twoendpumping(b)distributedpumpingFig.1Schematicofdoublecladfiberlaser图1双包层光纤激光器示意图*收稿日期:2006—02—14;修订日期:2006—05—24基金项目:中国工程物理

7、研究院双百人才基金资助课题(2004R0205)作者简介:陈吉欣(1977一),男,博士研究生,主要研究光纤激光器与放大器;jixinc@163.corn.第9期陈吉欣等:高功率双包层光纤激光器受激拉曼散射和热效应的理论研究入,其中P一P;图1(b)为分布泵浦方式,泵浦光除了从光纤的两个端面注入外,还从光纤的侧面注入.采用三点泵浦方式,侧向泵浦点设置在光纤的中点,其中P=P2一P.一P4.在稳态条件下,考虑一阶SRS,光纤激光器的速率方程为N2N[±三]J-[±三]!