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与传统激光器相比,光纤激光器具有结构简单、散热效果好、转换效率高、低阈值等优点,因此近年来受到学术界和产业界的广泛重视。但是一般来说光纤激光器的输出功率要比半导体激光器低得多。所以如何提高光纤激光器的输出功率就成了目前研究的一个重要课题。而光束合成技术作为一种可以提高光纤激光器输出功率的重要途径也便成了光电子技术领域的研究热点。
从合成的原理上讲,光束合成可分为非相干合成和相干合成两种。光纤激光器的非相干合成就是简单的将多路光纤激光通过一些光学元件组合为一束,由于各路光纤激光之间没有相位上的关系,所以得到的合成光束是非相干的。这种合成技术虽然可以使总的激光功率提高,但光束质量相对于单个光纤激光来说却下降了很多;而光纤激光器的相干合成是在精确控制各路激光相位的基础上对光束的一种相干合成,各路光纤激光间有严格的相位上的关系,得到的合成光束是相干的。因此可以在得到高功率输出光束的同时保证输出激光的光束质量,并且具有光束的光谱、相位、偏振等特性可控的优点。从理论上来讲,对N束功率相同的激光进行非相干叠加,则目标上的光强增加至N倍;而如果进行相干合成,则目标上光场的振幅增至N倍,光强增至N2倍,更具有优势。因此光纤激光器的相干合成技术引起了国内外学术界和产业界的广泛关注。而对于自组织型光纤激光器相干合成原理的研究有助于更好地研究光纤激光器的相干合成技术,以便将其用于提高光纤激光器的输出功率,这将具有非常重要的意义。
本文采用数值模拟分析的方法着重研究光纤激光器阵列的泵浦功率、耦合长度、增益等参数对同步现象的影响。并根据研究结果,对光纤激光器阵列的输出光强进行优化。主要内容包括:
1. 介绍光纤激光器相干合成技术的基本概念、应用,全光纤激光相干合成的分类、发展以及最新阶段的研究成果。
2.较全面的介绍了利用多腔谐振腔理论和环形场理论来推导光纤激光器阵列的光谱响应函数的推导过程,较为深入的介绍了光纤的耦合模理论。并给出分析光纤激光器阵列动态特性的理论基础。
3.利用非线性耦合迭代法,微扰理论和线性变换方法,对光纤激光器阵列的动态效应进行了深入的分析,讨论了光纤激光器阵列的阈值以及脉冲输出条件随泵浦功率的变化关系。通过对公式的推导重点阐述了光纤激光器阵列在常增益系数条件下的稳定性随耦合器的长度,阵列数的变化关系,并解释了对应的物理含义。