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高功率光纤激光器端面泵浦耦合系统设计

张俊  冯莹  魏立安  陈爽  李南雷  曹毓  
【摘要】:端面泵浦耦合技术是高功率光纤激光器的常用耦合方式。本文在不考虑像差的情况下,采用高斯光束传输的ABCD定律,参照混合模系数M2的定义,研究了半导体激光器(LD)尾纤输出的大功率多模激光耦合进双包层光纤的透镜耦合系统,并结合实验给出了设计实例,最后对影响耦合系统的各种因素作出了简要的分析。首先,根据基模高斯光束传输变换规律和双透镜传输的ABCD定律,并结合混合模系数的定义,以LD尾纤输出端面作为混合模类高斯光束的腰斑位置,以基模高斯光束的传输变换规律简化透镜耦合系统的设计,推导了混合模类高斯光束经过双透镜聚焦后的腰斑位置和腰斑大小的公式。其次,利用上面的推导结果研究了混合模类高斯光束经过耦合系统后腰斑位置和腰斑大小的变化规律,提出了耦合系统的设计思路。再次,结合具体实验,给出了一个耦合系统设计实例,并通过实验证明了采用混合模类高斯光束近似的合理性与耦合系统设计方案的可行性。最后,结合设计实例,对影响耦合系统构建及耦合效率的相关因素进行了分析。通过分析发现,耦合系统不仅应满足增益光纤内包层和数值孔径的要求,而且还应考虑端面泵浦耦合系统中存在的许多实际限制。本文设计了高功率光纤激光器端面泵浦耦合系统,在设计中对混合模类高斯光束的传输采取了近似处理,在理论设计的基础上, 经过耦合系统后的腰斑大小和腰斑位置需要通过实验进一步确定。尽管如此,设计方案依然可以满足耦合系统要求,对耦合系统的搭建具有指导意义。

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