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中红外新型可饱和吸收材料调Q及增益调制光纤激光器

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中红外脉冲光纤激光器由于其光束质量好、散热性好、单色性好等一些列显著优势，在生物医学、空间遥感、工业加工、国防军工等领域有着广泛的应用前景。本文基于 Ho3+、Pr3+共掺氟化物光纤，研究分析了中红外被动调 Q 脉冲光纤激光器相关特性，并且分别利用三种材料作为新型真实可饱和吸收体，在3μm波段实现了被动调Q 脉冲激光输出；此外，基于掺 Er3+氟化物光纤搭建了中红外增益调制脉冲光纤激光器，研究分析了增益调制脉冲激光器的机理。本论文的主要工作可以分为以下几点： 1. 基于掺Ho3+氟化物光纤，Ho3+、Pr3+共掺氟化物光纤与掺Er3+氟化物光纤，分别建立速率方程、功率耦合方程等相关理论模型，同时在此基础上，建立了基于真实可饱和吸收体的被动调 Q 激光模型。通过数值模拟，得到了光纤长度、光纤掺杂浓度对激光器性能影响的趋势；此外还得到了被动调 Q 脉冲激光特性随着泵浦功率变化的趋势。通过相关理论的研究分析，我们对实验中所采用的光纤长度、掺杂浓度进行了优化，并对实验方案起到了关键性的指导作用。 2. 在 Ho3+、Pr3+共掺氟化物光纤激光器系统中，分别以 Bi2O2Se、掺 Al ZnO （AZO）、Sb三种材料作为可饱和吸收体，首次在3μm波段实现了被动调Q脉冲激光输出： （a）基于Bi2O2Se制作空间可饱和吸收体，得到了脉冲宽度最窄2 μs，重复频率最高62.5 kHz，输出平均功率最高21.5 mW，中心波长2860.4 nm的被动调Q激光脉冲。 （b）基于AZO制作空间可饱和吸收体，得到了脉冲宽度最窄1.77 μs，重复频率最高71.43 kHz，输出平均功率最高26.9 mW，中心波长位于2864.2 nm的被动调Q激光脉冲。 （c）基于Sb制作空间可饱和吸收体，得到了脉冲宽度最窄1.74 μs，重复频率最高119 kHz，输出平均功率最高80 mW，中心波长位于2895.1 nm的被动调Q激光脉冲。 3. 基于掺Er3+氟化物光纤，实现了3μm波段信噪比高、稳定性好的增益调制脉冲激光输出。本着单一变量原则，分别以泵浦激光脉冲宽度、重复频率、峰值功率为变量，得到了3μm增益调制激光脉冲。在此基础上，我们从各自相应的角度分析了“多产一”、“一产一”、“一产多”等相关实验结果，得到了一系列结论，对增益调制光纤激光器机理有了进一步了解。实验中，我们得到了输出平均功率241.2 mW，峰值功率5.27 W，脉冲能量12.06μJ，脉冲宽度2.29μs，重复频率20 kHz，中心波长2875.5 nm的稳定增益调制激光脉冲，信噪比高达62.7 dB。

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