摘要
3μm波段的中红外光纤激光由于具有强吸收的特性，在聚合物加工、生物医疗、气体探测等领域得到了广泛的应用。掺Dy3+氟化物光纤因在3μm波段兼具宽带和高效辐射特性，成为实现该波段激光输出的理想选择，并在近十年发展迅猛，在功率、效率和能量提升等方面取得了较大突破。本文针对该类激光器存在的短脉冲能量和基于近红外泵浦时斜率效率均偏低的问题，以~1.3μm泵浦的掺Dy3+∶ZrF4光纤激光器作为研究对象，探索其激光高效及高能脉冲产生潜力。主要内容包含以下三个部分： 1.~1.3μm泵浦的掺Dy3+∶ZrF4光纤激光器理论建模 首先，结合速率方程和功率传输方程，建立了~1.3μm泵浦的掺Dy3+∶ZrF4光纤激光器理论模型。其次，搭建了输出功率为3W左右的~1.3μm的随机拉曼光纤激光器作为泵浦测试源，结合实验测量和数值仿真，估算了1238nm~1335nm的激发态吸收截面值为（0.28~1.12)×10-25m2；最后，利用搭建的~3μm波长调谐的掺Dy3+∶ZrF4光纤激光作为测试激光源，通过实验和仿真，拟合了2.95μm到3.25μm在该光纤中的背景损耗，其损耗值从1.6dB/m逐渐降到0.41dB/m。 2.~1.3μm泵浦的高效连续掺Dy3+∶ZrF4光纤激光器的研究 首先，采用自制的1.26μm的随机拉曼激光器作为泵源，搭建了高效连续掺Dy3+∶ZrF4光纤激光器，实现了斜率效率24.3%、最大输出功率1.56W的激光输出。接着，基于衍射光栅实现了2768~3070nm的波长调谐。最后，利用经实验结果验证后的理论模型，对该激光器系统参数优化，预测了30.5%高效率的~3μm激光输出。 3.~1.3μm泵浦的高能短脉冲掺Dy3+∶ZrF4光纤激光器的研究 首先，基于半导体可饱和吸收镜获得了最大脉冲能量为0.51μJ的2850nm被动调Q脉冲，并研究其成为放大器种子源的可能性。接着，基于主振荡器功率放大器技术理论设计了高能脉冲掺Dy3+∶ZrF4光纤放大器，并对现有文献报道的主动调Q脉冲进行放大，最终获得了增益系数为9.6dB、脉冲能量为110μJ的3.1μm高能脉冲激光。
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