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第40卷第1期太原理工大学学报Vol.40No.1

2009年1月JOURNALOFTAIYUANUNIVERSITYOFTECHNOLOGYJan.2009

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文章编号:100729432(2009)0120085203

侧面泵浦圆盘光纤激光器的设计

李孟春1,张强2
(11太原理工大学理学院,山西太原030024;21中国科学院电工研究所,北京100080)

摘要:利用光线追迹法模拟了圆盘光纤激光器内部光线的传输情况,并分析了影响圆盘激光
器泵浦效率的各种结构参数。在泵浦光功率较低时倾向于无填充物质的方案,此时既能保证高的
吸收系数,又不会因散热而破坏光纤材质。在强泵浦情况下,为避免泵浦光回波损伤激光二极管或
激光二极管阵列,泵浦光入射点与距离其最近的光纤截面圆心的距离在允许的范围内取值尽可能
大一些。
关键词:圆盘光纤激光器;理论模拟;侧面泵浦;光线追迹法
中图分类号:TN242文献标识码:A

目前,大多数光纤激光器都是选择激光二极管部光线的传输情况,在此基础上分析了影响圆盘光
(LD)或激光二极管阵列(LDA)作为泵浦源的[122],纤激光器泵浦效率的各个结构参数。图2是圆盘光
该泵浦方式必须附加光学耦合系统,器件较多,耦合纤激光器的截面结构图。对于光纤侧面垂直入射的
困难,效率低下。的泵浦光来说,理想的光纤截面为圆形。从图2中
日本的Ueda于1994年首先提出了盘状光纤可获得整个系统的基本结构参数:光纤纤芯直径

激光器的概念,整个激光器的耦合系统由平板波导r1,包层直径r,纤芯和包层对泵浦光的折射率n0和

和光纤盘组成。图1是盘状光纤激光器的结构示意n1,填充在圆盘内部光纤缝隙中的物质折射率n2,
图,一个无外包层和保护层的光纤盘成一个圆盘,放光纤盘绕的圈数k,泵浦光入射点与距离其最近的

置在两个圆形的平板之间。泵浦光从平板边缘缝隙光纤截面圆心的距离l.在模拟过程中,令n1=

1.450,n0=1.452。

图1盘状光纤激光器结构图图2盘状光纤激光器截面图
入射到平板波导结构中,两平行平板的内表面镀有1.1单一入射光线不同入射角度时泵浦光的分布
对泵浦光的高反射膜,泵浦光受波导结构的限制在和吸收
其中经过多次反射后穿过光纤被纤芯吸收。这种结首先,模拟了单一光线的传输情况。对于不同
构无需附加耦合透镜系统,具有结构紧凑、耦合效率入射角度的泵浦光,图3给出了其光线分布的具体
高的优点。对盘状光纤激光器的报道多来自与图形。

Ken2ichiUeda相关的课题组,最高的圆盘光纤激光从图3中可以看出,在k=6,l=500μm,n2=
[325]
器输出功率记录也是由Ueda报道的,他利用三1而其它条件不变的情况下,随着入射角度的增大,
个圆盘结构最终实现了1kW的功率输出。所有的泵浦光分布趋于散乱。
报道都说明圆盘状结构的耦合方式是切实可行的。接下来分别考察了光纤盘绕的圈数k以及泵浦
光入射点与距离其最近的光纤截面圆心的距离l不
模拟与分析
1同时(k=6,l=500μm和k=12,l=700μm),泵浦
本文利用光线追迹法模拟了圆盘光纤激光器内光的吸收系数与入射角度的关系,如图4所示。

3收稿日期:2007209205
作者简介:李孟春(1963-),女,山西临猗人,硕士,副教授,主要从事光电技术研究,(Tel)13934204869
86太原理工大学学报第40卷

图5不同l值时泵浦光吸收效率曲线图(k=12,n2=1)

图3横截面内不同入射角度光线分布示意图然后,令泵浦光入射点与距离其最近的光纤截面
圆心的距离l(l=830μm)和光线入射角度(θ=1.39)
不变,仍然采用16条光线来模拟泵浦光的空间分布。
对于平板波导内不同填充介质,图6为泵浦光吸收效
率随平板波导间填充介质的不同而改变的曲线图。

图6泵浦光吸收效率随n2值变化曲线图(k=12,l=830μm)
从图6中可以看出,在其他参数不变的情况下,
随着填充介质折射率的不同,泵浦光的分布仍有较

大的差异。随着n2提高,大部分泵浦光远离纤芯,
泵浦光吸收系数逐渐降低。这一现象可以利用工程
光学的理论来解释:对于截面图中传输的泵浦光,光
图4光纤对应不同入射角度
纤相当于凸透镜,随着填充材料折射率提高,凸透镜
泵浦光的吸收效率曲线图
对光纤的会聚能力下降,最终导致吸收系数的降低。
从图4中可以看出,k=6,l=500μm和k=12,
l=700μm时,光纤对泵浦光的吸收系数都是随着2结论
泵浦光入射角度的增大而减小的。将k和l分别取
在综合考虑所有影响吸收效率参数的基础上,
一系列不同的值进行模拟,也得到相同的结果。
对圆盘光纤激光器的整体结构参数的选择有了较为
1.2多条入射光线不同l值以及不同填充介质时
直观的了