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一种掺钕光纤激光器与倍频技术实现的数值模拟
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【物理有效教学论文】1 引 言近几年来,光纤激光器以其体积小、效率高、稳定性好、光束质量好等优点,倍受青睐,发展十分迅速,但是目前成熟的、占大半市场份额的高功率光纤激光器,输出波长主要集中在1 030 ~1 100 nm之间[1-6],输出波长的单一化限制了其在许多领域,尤其是在可见光波段的应用。所以研制在新波段工作的双包层光纤并实现光纤激光器在可见光波段的高功率输出,是当前光纤激光器最有前途的发展方向之一[7-16]。
本文所研究的高功率光纤激光器,理论上可以实现高功率的可见光的输出,既具有全固态激光器功率高、效率高等优点,还具有光纤激光器积小、寿命长、稳定性好、可集成化等特性[17-19],在诸多需要小体积、高稳定性、高功率、高光束量可见光光源的领域具有广泛的应用前景,可效地扩展光纤激光器的输出波段并促进其在短段尤其是可见光波段的应用,进一步提高光纤光器的市场竞争优势。
2 光纤激光器数值模拟和分析
2.1 双包层光纤激光器的速率方程设双包层光纤激光器的泵浦光从光纤端面入,如图1所示。
设光纤长度为L,纤芯的截面积为A,纤芯掺杂浓度为N,前后腔镜对纤芯内激光的反射分别为R1和R2,后腔镜对抽运光的反射率为R3,抽运光吸收截面为σap,抽运光发射截面为σep,运转光吸收截面为σas,运转光发射截面为σes。通过改变方程中某个参量的值可分析该参量与激光器最终输出功率的关系。改变光纤的长度,可得到信号光沿光纤的功率分布曲线[26]。在20 m附近得到一个最佳的光纤长度值使得运转光在z=0处有最大的强度[26],而当光纤长度>10 m时,运转光的分布曲线基本相同。为实现输出功率达到最大,光纤长度存在最佳值,从图2中可获得对应20 W抽运功率,最佳光纤长度为15m,输出波长为1 060 nm的偏振激光。通过实验,实现了在波长1 060 nm处得到7·5W的激光输出,斜率效率为56%[27]。
3 倍频晶体磷酸钛氧钾(KTP)
晶体KTiOPO4(
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