《高功率光纖雷射纖芯溫度分散式線上測量》是依託中國人民解放軍國防科技大學，由韓凱擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高功率光纖雷射纖芯溫度分散式線上測量
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：韓凱
- 依託單位：中國人民解放軍國防科技大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
光纖雷射器的熱損傷、非線性效應、模式不穩定現象與光纖內部的溫度分布緊密相關。在光纖雷射器高功率運行情況下，實現增益光纖纖芯溫度的分散式線上測量，不僅能科學的診斷雷射器的工作穩定性，還能為研究非線性效應、模式不穩定的產生機理和抑制方法提供基礎數據支持。本項目擬根據光頻域反射技術(OFDR)的基本原理，研究增益光纖纖芯溫度分散式線上測量的機理與方法。在增益光纖纖芯溫度特性理論分析的基礎上,根據泵浦光、信號光、探測光的時頻特性，考慮大模場增益光纖的多模效應,建立高功率運轉條件下增益光纖後向瑞利散射光信號與溫度分布對應關係的理論模型；創建大模場雙包層增益光纖纖芯溫度分散式線上測量的有效方案；搭建實驗平台，對增益光纖纖芯溫度實現高精度、高解析度的分散式線上監測；並將測量結果套用到非線性效應、模式不穩定等物理問題的研究中。為光纖雷射器輸出功率和穩定性的提升提供技術支撐，為基礎物理問題的研究提供新思路。
結題摘要
光纖雷射器在工業加工和國防軍事領域有著廣闊的套用前景。高功率光纖雷射器的雷射能量都被約束在數十微米的纖芯中，一旦局部位置溫度過高，極易誘發光學放電現象，造成增益光纖的熔毀，嚴重影響其可靠性。此外，非線性效應、模式不穩定等限制光纖雷射器亮度提升的因素也與纖芯中的溫度分布緊密相關。在光纖雷射器高功率運行情況下，實現增益光纖纖芯溫度的分散式線上測量，不僅能科學的診斷雷射器的工作穩定性，還能為研究非線性效應、模式不穩定的產生機理和抑制方法提供基礎數據支持。本項目基於光頻域反射技術(OFDR)的基本原理，從理論和實驗兩方面研究了增益光纖纖芯溫度的分散式線上測量方法，主要研究內容有以下4個方面。基於速率方程理論和熱傳導理論，建立了完善的增益光纖溫度分布表征模型，仿真分析了光纖放大器、振盪器中增益光纖的溫度分布，能夠分析各種因素（包括：光纖雷射器構型、信號光、泵浦光吸收、譜線寬度、ASE等）對光纖溫度的影響。建立了OFDR技術測量溫度分布的理論模型，分析了影響溫度測量的各種因素，發現光纖雷射器輸出的背景雷射會嚴重影響瑞利散射回光的信噪比。使用WDM抑制背景雷射和選取模場匹配、數值孔徑匹配的測量光纖、增大光纖彎曲半徑減小信號光損耗能夠有效提高測量信噪比。完成了OFDR技術測量增益光纖溫度分布的校準與標定，搭建了增益光纖溫度分布線上測量實驗平台，測量了百瓦級光纖放大器、振盪器增益光纖纖芯的溫度分布，發現前端熔點的溫升可達近百度，極易成為光學放電的源頭。發明了具有溫度縱向調製功能的高功率光纖雷射器熱管理裝置，套用測溫技術，驗證了裝置的溫度調製能力，研究了不同調製深度下對非線性效應的抑制能力，實現了3.3dB的SBS抑制效果。本項目具有重要的科學意義，為高功率光纖雷射器亮度和可靠性的提升提供了重要的技術支撐，為非線性效應、模式不穩定等基礎物理問題的研究提供了重要的數據支持。
