【《LP模式激光输出的实验结果分析案例》1900字】

LP模式激光输出的实验结果分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u28372LP模式激光输出的实验结果分析案例 1321861.1输出LP模式模场分布 118641.2输出LP模式功率特性 2291311.3输出LP模式光谱特性 3243061.4输出LP模式稳定性 4实验分别测量LP01模、LP11模、LP21模、LP02模、LP31模以及混合模式激光输出的模场分布、功率特性、光谱特性及其输出稳定性。激光的输出功率特性由工作在1550nm波长的光功率计（FPM-302X-FOA-22）进行测量；激光的光谱特性由分辨率为0.02nm的光谱分析仪（AQ6370C，YOKOGAMA）监测；输出激光的模场分布通过CCD相机（LBP2-IR2，Newport）进行观察记录。1.1输出LP模式模场分布通过光开关切换光输入至模式复用器的输入端口，有效地激励特定的高阶模式后，可以在80:20六模环形功分器的20%输出端检测到可切换的LP01模、LP11模、LP21模、LP02模、LP31模及其混合模式的激光输出。使用CCD相机观察记录每个激光模式的模场强度分布，如图2.5所示，证明该光纤激光器结构能够实现LP01模、LP11模、LP21模、LP02模、LP31模及其混合模式的选择性激光输出，并且各模式的模场分布都比较理想，说明模式纯度非常高。相比于其他支持高阶模式输出的激光器方案，该光纤激光器具有输出高阶模式数量多，模式切换灵活，模场质量高的优势。图2.5不同LP模式模场强度分布(a)LP01模(b)LP11模(c)LP21模(d)LP02模(e)LP31模(f)混合模1.2输出LP模式功率特性泵浦效率是衡量激光器输出特性的重要物理量之一。为探索激光器的输出功率特性，实验中调整980nm激光二极管的泵浦功率从0mW开始，每隔20mW逐渐增加至800mW，由工作在1550nm波长的光功率计测量激光器分别工作在LP01模、LP11模、LP21模、LP02模、LP31模、混合模状态下，输出功率随泵浦功率的变化，结果如图2.6所示。图2.6不同LP模式输出功率特性曲线一般情况下，对于光泵浦的激光器，在泵浦输入功率高出阈值时，激光器的输出功率与泵浦功率呈正相关，且曲线关系接近直线。激光器输出功率实验数据是离散的点，将这些点拟合成直线，斜率效率η=P/(Pp-Pt)，P是激光器的输出功率，Pp为泵浦功率，Pt为激光器的阈值泵浦功率。如图2.6所示，不管激光器工作在LP01模、LP11模、LP21模、LP02模、LP31模还是混合模式，当泵浦功率达到各个模式激光工作的阈值泵浦功率以上时，激光的输出功率都随泵浦功率线性增加。LP01模、LP11模、LP21模、LP02模、LP31模及混合模的阈值泵浦功率和斜率效率如表2.3所示。不同模式的阈值泵浦功率和斜率效率存在差异，主要是因为实验中所用的模式复用器/解复用器存在模式相关性损耗，由表2.1可知，越高阶模式的模式选择耦合器，其复用和解复用的插入损耗越大，激发效率越低，导致泵浦效率降低。同时五个模式选择耦合器级联组成的模式复用器/解复用器还存在模式串扰问题，导致不同模式的阈值泵浦功率和斜率效率存在差异。通过优化模式复用器/解复用器的插入损耗，同时保证阶模式的充分激发，有望实现更高效的激光输出。表2.3不同LP模式的阈值泵浦功率和斜率效率激光模式阈值泵浦功率斜率效率LP01模35mW1.17%LP11模42mW0.82%LP21模46mW0.56%LP02模48mW0.35%LP31模53mW0.13%混合模35mW2.21%1.3输出LP模式光谱特性利用波长分辨率为0.02nm，最小采样分辨率为0.001nm的光谱分析仪监测在400mW的固定泵浦功率下，LP01模、LP11模、LP21模、LP02模、LP31模及混合模式激光输出的光谱特性，结果显示在图2.7。图2.7不同LP模式输出光谱特性(a)LP01模(b)LP11模(c)LP21模(d)LP02模(e)LP31模(f)混合模LP01模、LP11模、LP21模、LP02模、LP31模及混合模式激光输出光谱的中心波长、3dB线宽及边模抑制比如表2.4所示，不同LP模式的中心波长接近，单个LP模式的最大波长偏移为0.432nm，3dB线宽均小于0.028nm，边模抑制比均大于37dB；混合模式的中心波长为1562.160nm，3dB线宽为0.040nm，边模抑制比为52dB。表2.4不同LP模式的中心波长、3dB线宽及边模抑制比激光模式中心波长3dB线宽边模抑制比LP01模1561.230nm0.028nm59dBLP11模1561.410nm0.020nm53dBLP21模1561.184nm0.028nm53dBLP02模1561.248nm0.024nm46dBLP31模1561.616nm0.024nm37dB混合模1562.160nm0.040nm52dB1.4输出LP模式稳定性稳定性是衡量激光器性能的重要指标之一，实际应用的激光器应该具有较高的稳定性。实验中，固定泵浦功率为400mW，其他变量均保持不变，用分辨率为0.02nm的光谱分析仪分别监测LP01模、LP11模、LP21模、LP02模、LP31模及混合模式激光输出在1h时间内的稳定性，计时并每隔5min测量记录输出光谱，输出光谱随时间变化的三维图如图2.8第一列所示。图2.8不同LP模式输出光谱、中心波长、输出功率稳定性(a)LP01模(b)LP11模(c)LP21模(d)LP02模(e)LP31模(f)混合模表3.5不同LP模式的波长和功率波动幅度激光模式波长波动幅度功率波动幅度LP01模0.012nm0.055mWLP11模0.030nm0.029mWLP21模0.028nm0.052mWLP02模0.032nm0.038mWLP31模0.028nm0.040mW混合模0.040nm0.154mW图2.8的第二列和第三列分别是用光谱仪和功率计测量的LP01模、LP11模、LP21模、LP02模、LP31模及混合模式激光的中心波长和输出功率随时间变化的曲线图。可以看出，在1h内波长漂移和输出激光功率波动均不明显，单个LP