物理学专业毕业论文07063.doc

comment 冬冬1: 华文中宋，如果 未安装可能出现字体大小不一的 现象。 comment 冬冬2: 华文新魏，请确 定用于打印的计算机已经安装了 该字体。 学 士 学 位 论 文 端面泵浦方式对光纤激光器 斜率效率的影响 摘 要 光纤激光器是目前激光领域最为活跃的研究方向之一，与其他固体激光器 相比，光纤激光器因其体积小、重量轻、效率高、结构简单等特点，在工业、 医疗、科研、军事等领域以展现出极其诱人的应用前景，受到人们的广泛关注。 本文将从理论和实验两方面进行研究端面泵浦方式对光纤激光器斜率效率的影 响。 本文利用国产掺镱粗芯 d 型双包层光纤，进行了正向和反向端面泵浦实验 研究，实验发现反向泵浦时转化效率较高。正向泵浦时获得 193w 的激光输出， 对应着最大入纤功率 280w，斜率效率约为 70%；反向泵浦获得 243w 的激光 输出，对应着最大入纤功率 310w，斜率效率约为 78%。理论部分从速率方程 出发，模拟计算了直线腔掺镱光纤激光器内部的功率分布，给出了不同泵浦方 式下输出功率与光纤长度的关系，跟实验部分符合较好。 【关键词】 光纤激光器；正向泵浦；反向泵浦；斜率效率 abstract fiber laser is one of the most active research direction in laser fields. comparing with other solid laser, fiber laser has demonstrated a most attractive foreground in industry, medicine, science research military affairs and so on because of its little volume, light weight, high efficiency and simple architecture. in this thesis, theoretical and experimental study on end of fiber laser pump efficiency way. a high-power ytterbium-doped fiber laser (ydfl) with homemade double clad fiber (dcf) is introduced in this paper. the forward and backward pumping configuration is studied experimentally and theoretically. when forward pumping by maximum launched power of 280w, output of 193w is obtained with a slope efficiency of 75%. when backward pumping by maximum launched power of 310w, output of 243w is obtained with a slope efficiency of 78%. the fact that efficiency of backward is higher can be deduced theoretically by solving the rate equations. 【key words 】 fiber laser; forward pumping; reverse pumping; slope efficiency comment 冬冬3: 目录为自动生成，页码为 word 利用 “目录区域”自动计算 所得，不是手工输入的。 论文内容或结构调整后，应 全选后按“f9 ”更新目录域和其 他哉。 目 录 第 1章 绪论 .1 1.1 引言 .1 1.2 双包层光纤激光器的特点 .3 1.3 本文的研究意义和主要内容 .3 第 2章 端面泵浦方式对光纤激光器的理论分析 .4 2.1 激光器的基本工作原理 .4 2.2 双包层光纤基本结构和工作原理 4 2.3 计算结果与分析使用 mathtype 输入公式 .5 2.4 本章小结 .8 第 3章 端面泵浦方式对光纤激光器的实验研究 .9 3.1 实验研究 9 3.2 本章小结 .9 第 4章 光纤激光器斜率效率影响的研究总结和展望 .10 参考文献 11 致 谢 12 端面泵浦方式对光纤激光器斜率效率的影响 作者：张三 第 1 页 共 1016 页 第 1 章 绪论 1.1 引言 本文加注了“批注”word2003 中，在打印之前请删除批注，或者仅打印 “文档”而不是默认情况下“显示标记的文档”，如下图所示： 逐一删除批注的方法是：右键单击某一批注，点选“删除批注”。 删除全文批注的方法是：单击审阅工具栏中点击 右边小箭头，点选 “删除文档中所有批注”。（如果审阅工具栏） 本文还会用到脚注，题注，交叉引用，目录，域，书签等概念，如下图： comment 冬冬4: 这里是利用“插 入尾注”功能实现的，不是手工 写上的，好处是参考文献会按顺 序在文末排列。 学院要求用方括号表示，建 议在论文定稿后，按“ctrl+f” 在“查找内容”文本框里面输入 “e”，在“替换为”文本框中 输入“另一方面是基于泵浦机 制的改进。 comment 冬冬9: 复制前文“图形 题注”自动生成“图 2-1”。其 中 2为章号，1 为顺序号。 comment 冬冬10: 利用“交叉引用” 端面泵浦方式对光纤激光器斜率效率的影响 作者：张三 第 4 页 共 1016页 第 2章 端面泵浦方式对光纤激光器的理论分析 2.1 激光器的基本工作原理 掺镱光纤激光器的基本工作原理是:泵浦光将粒子从基态能级抽运到高能级， 被抽运到高能级的粒子通过无辐射跃迁迅速转移到亚稳态的激光上能级，形成 粒子数反转，最后通过受激辐射跃迁回到基态能级，同时将能量以光子形式释 放，产生激光 4。 泵浦波长-976nm 图 2-1 光石英光纤中 yb3十 激光跃迁机制示意图 (室温) 当泵浦光波长为 976nm时，存在两种可能的激光跃迁过程，如图 2-1所示。 过程 i对应的跃迁为 d-c，发射的中心波长为 1075nm，过程对应的跃迁为 d- b，发射中心波长为 1031nm。 2.2 双包层光纤基本结构和工作原理 图 2-2(a)是双包层光纤的结构示意图。它由四部分构成：（1）纤芯(2)内 包层（3）外包层(4)保护层。不难看出，双包层光纤与常规光纤的区别在于能 提供包层波导。纤芯和传统的单模光纤纤芯相似，专用于传输信号光，并实现 对信号光的单模放大。而内包层(较大的纤芯)则用于传输不同模式的多模泵浦 光(如 图 2-2所示)，耦合进包层的泵浦光在其中传播，每次穿过纤芯时，被纤 芯中的掺杂元素(如 yb3、nb3等)所吸收，将掺杂元素的原子泵浦到上能级， 产生激光输出。 0 comment 冬冬11: 利用复制粘贴， 选中，f9。 端面泵浦方式对光纤激光器斜率效率的影响 作者：张三 第 5 页 共 1016页 (a)径向图 (b)轴向图 图 2-2 光纤横截面照片 2.3 计算结果与分析使用 mathtype 输入公式 我的 word2007安装 mathtype6.5后，看上去这个样子： 在一行文字中输入公式，如这种效果 ，这称为“inline”输入。可点12 击工具栏中的 。在弹出的工作窗口可以随意输入公式。 如果要输入如下带编号的公式，可点击 。 * mergeformat (2-1)2()()()apepnzp 将上式复制一次，粘贴，选中，按 f9，得到： * mergeformat (2-2)e 编号是顺次自动增加的。前一下数字表示“分节号”，后一数字表示“顺 序号”。我们的论文要求前一数字为“章号”，因为我们要告之 mathtype如何 端面泵浦方式对光纤激光器斜率效率的影响 作者：张三 第 6 页 共 1016 页 按“章”分节。 如上图所示，点击“chapers§ions”可以进行分节。我们在本文第二 章开头，即 2.1 正文前的位置按下 。把此位置作为 下一节的开始，也就说这之前是第 1 节，这之后是第 2 节，这后面的公式都以 2 打头顺序排列，如 2-1,2-2,. 同理在第 2 章末或第 3 章开头，再次点击 ，依此类推为各章设置好“section”，则 mathtype 就能顺利编号。 通过点按“alt+f9”可以查看域代码，再次按下返回正常显示。下图是第 2 章开头 mathtype “分节”时产生的域代码。 类似于 word“交叉引用”，mathtype 提供引用公式的方法，好处是当公式 前后位置发生变化，公式编号是随着更新，保持正确的因果关系。 比如：下面这条文字是如何输入的？ 公式* mergeformat 中的下脚标 p 表示泵浦光，s 表示信号光。 (*) 注意这里* mergeformat 不是直接输入的，而是“mathtype 引用”用鼠 标点选可以看到阴影，说明这是域，通过右键可以查看域代码。 是这样来操作的：在你需要引入公式的位置(比如*句，鼠标停在“式”后， “中”之前)，点下 “插入引用”按钮，在弹出的如下窗口 中点确定。 comment 冬冬12: 这个 5也不是手 工输入的。我在原公式处添加了 一个“书签”，然后利用“交叉 引用 ”引用书签所在页。 端面泵浦方式对光纤激光器斜率效率的影响 作者：张三 第 7 页 共 1016页 然后按双击您要引用的公式编号(比如双击 5页的* mergeformat )，则* mergeformat 就出面在您需要的地方。 有时调整 word格式后， mathtype公式会不在一行的中间，与同行的文字 相比偏上，这时一种方法是双击公式，在编辑状态下复制，然后退出编辑状态 粘贴。这时“重新制作”的公式是正常的。 如果公式太多，上述方法不太适用。这时可以点击 mathtype工具栏中的 “format equations”对全文公式统一设置。 点中“whole document”对全文公式实施操作，点击“browse”，选择默 认的“defaut”格式文件，确定即可。这里可以看到 work文档各页快速闪过， 片刻全部公式都正常了。 就可以求得 和 ，即激光功率随光纤的分布，如图 2-4和图 2-5()ppzs 所示。横坐标是光纤长度即 15m,纵坐标是不同位置处的功率。四条曲线代表正 端面泵浦方式对光纤激光器斜率效率的影响 作者：张三 第 8 页 共 1016 页 向传播及反向传播的信号光及泵浦光功率分布，各功率的符号及意义由图 2-3 给出。 图 2-3 端面泵浦示意图 2.4 本章小结 本章从理论出发，在有关研究工作的基础上分别研究了正向泵浦和反向泵 浦方式对光纤激光器斜率效率的影响，并分析了不同泵浦方式下输出功率与光 纤长度的关系 5。 理论分析表明:泵浦方式的不同对光纤激光器斜率效率的影响不同，各种情 况下的图形对比与实验部分符合较好综合考虑各个因素，选择合适的泵浦方式 有助于改善激光器的斜率效率，对激光器的优化设计具有重要意义。 p(0) )(zp z=0 z=l )(zsplr0r0 sl p(l ) 端面泵浦方式对光纤激光器斜率效率的影响 作者：张三 第 9 页 共 1016 页 第 3 章 端面泵浦方式对光纤激光器的实验研究 3.1 实验研究 实验中所用光纤为武汉烽火通信科技股份有限公司拉制的掺镱双包层光纤， 芯径为 30m，d 型内包层直径为 450/400m，长度为 15m（这样既能保证泵浦 阈值功率不太大，泵浦光又能充分吸收，使输出功率比较大）。 050101502025030350050 1015020 250 backwrd puming with only ld2 for i t l 1 outpt ower (w) launched power (w) 图 3- 1 正向泵浦和反向泵浦时的斜率效率 3.2 本章小结 本章介绍了双包层光纤基本结构和工作原理及正向泵浦和反向泵浦时的斜 率效率的实验方法，通过实验的方法得出了具体的数值和图形。实验结果表明： 泵浦方式的不同对光纤激光器斜率效率的影响不同，让我们清楚的得出结论： 反向泵浦时的转化效率较正向泵浦时高些，和理论规律一致。 端面泵浦方式对光纤激光器斜率效率的影响 作者：张三 第 10 页 共 1016 页 第 4 章 光纤激光器斜率效率影响的研究总结和展望 本文在详尽的实验方法和理论分析上，采用理论与试验相结合的方法研究 了泵浦方式对光纤激光器斜率效率的影响，对于一定的掺杂光纤而言，泵浦方 式不同，泵浦光和信号光的功率分布就不同，从而导致输出功率不同。重点分 析了泵浦方式对光纤激光器斜率效率的影响，并且也分析了不同泵浦方式下输 出功率与光纤长度的关系，进行了详细的仿真，并得出以下结论。 对于反向泵浦而言，其输入输出在同一端，泵浦光和信号光的功率分布基 本一致，即泵浦光功率密度大的地方，信号光功率密度也大，因而对应着较高 的转化效率。而正向泵浦时，泵浦光和信号光的功率分布基本相反，转化效率 较小。 本人从理论和实验两方面详细研究了端面泵浦方式对光纤激光器斜率效率 的影响。并通过认真细致的实验，获得了光纤激光器转化效率约为 78%的激光 功率输出。在以后的理论分析与实验中，我们准备从以下几个方面改进，进一 步提高光纤激光器斜率效率。 （1）在公式理论推到方面，可以探索运用其他的数学方法和物理方法，简化计 算方法，设计更有效的算法。 （2）在实验模拟与仿真方面，随着计算机软件的高速发展，可以运用其他软件 编译，以简化程序设计，方便操作。 （3）对 ld 泵浦的光纤激光器理论进一步分析，优化参数，找出最合适的实验 参数。如进一步改变光纤激光器的长度。 （4）对泵浦光输入方式或腔形进一步改进，现在实验用直形腔研究了前端或后 端泵浦方式，下一步将采用环形腔进行双端泵浦研究。 通过以上实验的改进以及实验条件的改善，在上述改进的条件下，我相信 光纤激光器斜率效率会进一步提高。 端面泵浦方式对光纤激光器斜率效率的影响 作者：张三 第 11 页 共 1016 页 参考文献 1 lou q h,wang p y,zhou j,et a1.development of double-clad fiber lasers1,a proc of spiel,c.2002,49(14):131-136. 2 参考文献要求 20 篇以上，其中要包括外文文献和当年新文献。 3 j.nilsson,w.a.clarkson,r.selvas,j.k.sahu,p.w.turner,s.u.alam and a.b.grudinin.high-power wavelength-tunable cladding-pumped rare-earth-doped silica fiber lasersj.optical fiber technology.2004,(10):5-30. 4 jeo