在辐射环境中工作的光纤激光器受到的辐射损伤会导致激光器功率退化,进而引起辐射致产热,从而影响到激光器的正常应用和系统安全。基于此,建立一种辐射环境表征参量与光纤激光器增益光纤内功率、热效应和温度分布的关系模型,开展稳态γ射线作用下掺镱双包层光纤激光器的功率特性及热效应的数值模拟仿真。研究了辐致损耗、辐射剂量、光纤长度以及泵浦方式对输出功率的影响,并对不同泵浦方式下增益光纤内的热效应进行了分析。相关结果能够为光纤激光器的辐射效应研究工作及在辐射环境下的工程应用设计提供参考。

采用离线和在线两种方式对光纤激光器的增益光纤进行γ射线辐照,实验研究了γ射线辐照对激光器功率特性的影响。通过离线辐照实验发现,经过一定剂量的射线辐照,当泵浦功率大于某一值之后,光纤激光器的斜率效率基本保持不变。通过总辐射剂量为2580 Gy的在线辐照实验发现,激光器的输出功率在辐照初期呈指数衰减,降到最低值之后,会出现小幅的回升,然后趋于稳定。通过计算光纤激光器在两种辐照方式下的功率退化率随辐射剂量的变化规律后发现,在辐照的初期,在线辐照激光器的功率退化率较大,但是随着辐射剂量的增加,两种辐照方式下激光器的功率退化率逐渐趋于一致。采用光纤辐致损耗的色心理论对实验结果进行了初步解释。

数值模拟975 nm和1975 nm双波长泵浦3.5 μm Er∶ZBLAN光纤激光器。计算给出激光功率和粒子数密度随时间和位置的二维分布,计算结果与实验报道吻合较好。模拟双波长泵浦3.5 μm Er∶ZBLAN光纤激光器实现稳定连续激光振荡的整个过程,计算分析泵浦功率、1975 nm泵浦光重叠因子、输出镜反射率、离子间相互作用等参数对3.5 μm激光功率的影响,分析ESA2产生显著影响的条件。数值模拟对深入理解双波长泵浦3.5 μm Er∶ZBLAN光纤激光器的动力学过程和优化激光器设计有一定指导意义。

建立了适用于2.8 μm增益开关掺Er ³⁺的氟化物光纤(Er∶ZBLAN)激光器的计算模型,并进行了数值模拟。模拟发现存在最佳输出镜透过率使得输出功率最大,同时耦合率也影响脉宽、峰值和脉冲形态。模拟了抽运功率对脉冲形态的影响,发现弱抽运时两个抽运周期内仅出现一个信号光脉冲,而强抽运时一个抽运周期内出现多个信号光脉冲的现象。通过模拟发现了若干未被实验报道的新现象和规律,如耦合率对输出功率、能量、脉冲形态的影响规律;抽运功率阈值附近会出现与抽运周期一致的弱信号脉冲等。研究表明,在适当耦合率和抽运功率时,2.8 μm Er∶ZBLAN激光器可以实现稳定增益开关脉冲输出。

采用1150 nm光纤激光振荡器作为抽运源, 实现了3 μm波段中红外掺钬光纤激光器出光。该激光器采用线性谐振腔结构, 其由镀金全反镜与切割角度为0°的光纤端面构成。增益介质为一段长为4.5 m的双包层钬镨共掺氟化物光纤, 纤芯直径为10 μm, 纤芯数值孔径为0.2。当1150 nm抽运激光器功率为1.43 W时, 中红外掺钬光纤激光器输出功率为115 mW, 激光器系统的光-光转换效率为8.0%。在输出最大功率时, 输出激光中心波长为2868.4 nm, 输出光谱的半峰全宽为1.3 nm。相关研究成果对研制高功率紧凑型中红外掺钬光纤激光器具有一定的参考价值。

采用中心波长为975 nm半导体激光器泵浦高掺铒氟化物双包层光纤Er∶ZBLAN, 并在谐振腔内插入主动调Q元件, 获得了工作频率为1~10 kHz的2.8 μm激光主动调Q脉冲输出.在工作频率为10 kHz条件下, 获得了最大单脉冲能量为134.5 μJ、脉宽为127.3 ns、峰值功率为1.1 kW的脉冲输出.

以光纤光栅对为激光腔、双包层掺镱光纤为增益介质、976 nm半导体激光器为泵浦源，研制全光纤化的1 150 nm波段长波光纤激光振荡器.在室温下实现了最大平均输出功率为12.7 W的1 150 nm波段单模光纤激光输出，激光振荡器的光光转换效率为42.33%.最大功率输出时，激光中心波长为1 150.48 nm，光谱的3 dB线宽为0.45 nm，边模抑制比达38 dB.该研究对研制1 150 nm波段高功率光纤激光振荡器具有一定的参考价值.

采用中心波长为975 nm 半导体激光器(LD)抽运高掺铒氟化物双包层光纤Er∶ZBLAN，并在谐振腔内插入机械斩波器，获得了2.8 μm 激光机械调Q 输出。研究了激光器在不同抽运功率，不同工作频率条件下的输出特性，分析了脉冲分裂的原因。通过控制适当抽运功率，激光器工作在3.5 kHz 条件下，获得了最大单脉冲能量84.5 μJ，脉宽250.3 ns，峰值功率超过300 W 的脉冲输出。

报道了输出功率为瓦级，调谐范围超过100 nm 的中红外2.8 μm 波段光纤激光器。采用中心波长为975 nm 半导体激光器抽运高掺铒氟化物(Er:ZBLAN)双包层光纤，以闪耀光栅为调谐元件，室温下实现了功率大于1 W、宽范围可调谐的2.8 μm 波段光纤激光输出，最大调谐范围达122 nm。激光器在波长2.831 μm 处输出功率为1.02 W，斜率效率为21.6%。