光纖激光器動態(tài)特性相關(guān)研究

研制大功率、光束質(zhì)量好、高效、緊湊的高能激光器系統(tǒng)，是世界各國長期探索研究的目標(biāo)。而光纖激光器作為近年來高功率激光光源研究領(lǐng)域中的熱點，與氣體或常規(guī)固體激光器相比，具有結(jié)構(gòu)簡單、散熱效果好、轉(zhuǎn)換效率高、閾值低、使用壽命長、系統(tǒng)維護簡單等優(yōu)點。特別是近年來，隨著雙包層光纖的出現(xiàn)，使多模抽運成為可能，從而為提高光纖激光器的輸出功率提供了解決途徑，實現(xiàn)了摻稀土元素光纖激光器的大功率輸出。然而由于單個光纖激光器在高功率條件下會產(chǎn)生非線性效應(yīng)，以及光纖本身能承受的閾值功率的限制，單個光纖激光器不可能得到超高功率。因此光纖激光器的相干合成成為研究的重要方向。

　　實現(xiàn)光纖激光器的相干合成主要有主震蕩功率放大和自組織型光纖激光器陣列兩種方式。相對于主震蕩功率放大的方式，自組織型光纖激光器陣列具有結(jié)構(gòu)緊湊、相位控制簡單及合成效率高等特點，因此成為近期理論界研究的熱點。目前對自組織型光纖激光器陣列的理論研究主要集中在兩個方面。一方面是對光纖激光器陣列光譜響應(yīng)參數(shù)的研究。因為光譜響應(yīng)參數(shù)是自組織型光纖相干合成技術(shù)的關(guān)鍵參數(shù)之一，它決定著陣列輸出信號的頻段。另一方面是對光纖激光器陣列動態(tài)特性的研究。光纖激光器陣列作為一個復(fù)雜的系統(tǒng)，對其動態(tài)特性的研究有利于搞清整個系統(tǒng)的運作機制，有利于改善整個系統(tǒng)，從而提高輸出信號的光束質(zhì)量。

　　動態(tài)特性研究

　　增益區(qū)+耦合區(qū)模型

　　目前大多數(shù)已發(fā)表的關(guān)于光纖激光器陣列相干合成技術(shù)的理論文章都著重于分析在不同類型的耦合結(jié)構(gòu)下光譜響應(yīng)的變化，而對各路激光之間如何同步的機制并沒有進行深入的研究。研究光纖激光器陣列的動態(tài)特性，有利于對其同步機制的理解。

　　對光纖激光器陣列進行抽象，對其功能進行模塊化分解。得到增益區(qū)+耦合區(qū)模型如圖1。

圖為 N臂干涉諧振腔簡化示意圖

　　這是一個N路光纖激光器陣列耦合的示意圖。在z=O處為一個反射率接近100％的全反射鏡。而在腔體的另一端，即z=L處為一個反射率較小的反射鏡，光纖激光器陣列的輸出光就是從此處輸出。在g-zg+之間為增益區(qū)間，我們認為所有的增益介質(zhì)只存在于這個區(qū)域內(nèi)。在c-zL之間為耦合區(qū)間，各路激光的耦合就是在這個區(qū)間完成的。那么我們認為激光在整個腔體的其他部分，即Ozg-和g+zc-區(qū)間都是自由傳輸?shù)摹?/p>