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多芯光纤激光器的研究

2013-04-04 01:56
风频浪劲
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  3.3、单芯光纤和多芯光纤的耦合

  单芯光纤和多芯光纤的耦合是确保以多芯光纤为基础的光学设备能够更容易地融入标准的单模光纤系统当中。

  以2芯光纤为例,耦合过程如下:首先,把单芯光纤和2芯光纤用光纤熔接机融合,此时在CCD只能监测到微弱的激光从2芯光纤中输出;然后把熔接点加热并拉拔成锥形,在这个过程中,激光逐渐从单芯光纤转到熔接点锥形的腰部,经过这里耦合到2芯光纤中;最后,锥形熔接点被拉长到18mm,腰部直径拉到5μm左右,这时大部分的入射激光就会耦合到2芯光纤中了,监控耦合过程的实验装置如图7所示。

                                                    图7 监控耦合过程的实验装置示意图

  3.4、高能量调Q多芯光纤激光器倍频器

  图8为高能量调Q多芯光纤激光器倍频器的示意图。泵源为976nm的二极管激光器,反射镜M1 对泵浦光全透,12m长的7芯光纤激光器有一个中心芯和六个等距式分布的旁芯。每个芯直径7μm,数值孔径0. 15。使用格兰—汤普森起偏器达到线性偏振,镀金的衍射光栅用于调谐和稳定光谱,并起反馈镜的作用。

  图8 高能量调Q多芯光纤激光器倍频器的示意图

  KTP(硫酸钛氧钾)晶体由于它的高非线性效应,在激光器倍频中广泛使用。我们使用KTP晶体并使它在可调谐激光器输出波长1083nm相位处匹配。Q开关脉冲首先聚焦为直径300μm的光斑,KTP晶体放在焦点处并可以旋转光轴。调整KTP晶体和光栅以达到相位匹配和得到倍频绿激光输出。实验结果表明倍频光的频谱宽度比基频光要窄,带有瞬时高能的基频光比瞬时低能的基频光有更高的转换效率。

  基频光波长变化时,倍频光的能量也相应变化。当基频光波长在1083nm附近时,基频光能量250μJ ,最大的倍频光能量约为17μJ。当波长偏离1083nm,倍频光能量迅速衰减,最高的转换效率约为7%。

  这个系统实现了高能且可调谐的多芯光纤激光器。可调波长范围40 nm,输出光功率在0. 26~0. 34mJ。对于可调性,因为使用KTP晶体,因此就不需要温度控制灶了。达到转换效率7%是一个不错的结果。如果使用棒状的KTP晶体而不是普通的KTP晶体,可以期望达到更高的转换效率( >50%) 。需要注意的是,当能量较高时,经常会发生光纤损坏。因此损坏阈值在限制倍频转换效率上是一个重要因素。当光纤芯数增加到19,甚至37时,尽管激光的质量会轻微降低,但可以期望得到更高的脉冲能量、峰值能量、转换效率和倍频光能量。

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