高功率掺镱双包层光纤激光器中光纤损伤及其理论分析.pdfVIP

第 38卷第 1O期 光 子 学 报 Vo1．38No．10 2009年 10月 ACTA PHOTONICA SINICA October2009 高功率掺镱双包层光纤激光器中光纤 损伤及其理论分析* 韩旭 。，冯国英 ，韩敬华 ，张秋慧 ，李尧 ，张大勇。 (1四川I大学 电子信息学院，成都 610065) (2华北光 电技术研究所 ，北京 100015) (3河南理工大学 物理化学系 ，河南 焦作 454000) 摘 要：针对高功率掺镱双包层光纤激光器热效应引起的光纤损伤情况，由热传导方程，结合边界 条件推导了两端泵浦情况下双包层光纤激光器光纤 内的温度分布及热效应引起的应力分布，并对 光纤 内的温度分布和应力分布进行 了数值模拟．结合模拟结果 ，对光纤的损伤进行 了解释 ，分析 了 引起光纤热效应的主要 因素．对两端泵浦情况的模拟与分析符合 高功率光纤激光器的实际工作情 况，这对优化高功率光纤激光器的设计有一定的参考价值． 关键词 ：高功率掺镱双包层光纤激光器；热效应 ；温度分布 ；应力分布 中图分类号：TN248．1 文献标识码：A 文章编号：1004—4213(2009)10-2468—5 0 引言 布和应力分布进行了数值模拟． 自从 1988年 Sintzer等人提 出双包层 光纤 以 1 理论分析 来ll1，基于双包层泵浦技术的光纤激光器和放大器 1．1 光纤 内的温度分布 取得了长足进步．尤其是最近几年 ，单根光纤的输出 在双包层光纤内，泵浦光被纤芯中的Yb。离子 功率 已经从最初 的几百毫 瓦上升到 了千 瓦级水 吸收，部分能量变为热 Q(r，z)，内包层对泵浦光的 平ll2j．尽管双包层光纤激光器与其他激光器相 比有 吸收很少．由于光纤的长度远大于光纤横截面直径， 很好的散热性能，但是随着泵浦功率和输 出功率 的 在柱坐标系中，光纤激光器工作 时产生的热效应可 不断提高，其热效应也成了一个十分突出的问题 ，直 由经典的热传导方程来描述|4 接影响着光纤激光器输 出功率的提高和进一步发 f1 a 展㈨． lr ar 目前，对于双包层光纤激光器热效应的研究方 l1 a Ir Or 法一般是使用计算机进行数值模拟计算．DavidC． Brownl4等人对高功率光纤激光器的热效应进行 了 式 中，r是光纤 内任一点离中心轴 的距 离，r、r 详细的分析 ，但是把光纤吸收的热均匀分布在纤芯 分别是纤芯半径和包层半径 ，是热导率 ，T 、T 分 中，这与实际相差较大．陈爽Es]对高功率光子晶体光 别是纤芯区和包层区的温度．结合边界条件 和两 纤激光器 的温度分布进行 了研究．NathanAL6j，熊 端泵浦下的热源函数 悦 ，陈子伦 引，李敬钦 ，陈吉欣 ，李平雪 等 Q( )一 ． 人也对光纤激光器的热效应进行 了分析，但他们大 ~OJp 多只分析 了温度场或应力场，而且大多是对泵浦功 exp (一2r／ ) (2)