[发明专利]优化高功率光纤激光器热相关瞬态响应的方法

权利要求书

1.优化高功率光纤激光器热相关瞬态响应的方法，其特征在于，方法的步骤如下：

步骤1、利用瞬态热传导方程仿真计算给定输出功率下半导体激光器温度的时间曲线；

步骤2、考虑半导体激光器输出中心波长的温度漂移，获得半导体激光器输出中心波长对时间的函数；

步骤3、根据半导体激光器输出中心波长对时间的函数，对经典的光纤激光器速率方程组进行修正，并计算给定相关参数的高功率光纤激光器输出功率的时间曲线，得到瞬态响应时间；

步骤4、优化修改相关参数并计算，从而缩短高功率光纤激光器输出功率的瞬态响应时间；

步骤2中，半导体激光器输出中心波长对时间的函数λ_P(t)表示为

λ_P(t)＝λ₀+(T(t)-T₀)β

其中，T₀为冷却温度，λ₀为半导体激光器在冷却温度T₀时的输出波长，β为半导体激光器输出中心波长的温度漂移系数，T(t)为半导体激光器的温度；

步骤3中，对经典的光纤激光器速率方程组进行修正，修正后的光纤激光器速率方程组如下：

式中，和分别为正向和反向传输的包层光功率，和分别为正向和反向传输的信号光功率；N₂(z,t)为上能级粒子数密度，N是增益光纤纤芯中Yb³⁺的掺杂浓度；Γ_p和Γ_s分别是泵浦光和信号光的填充因子；σ_ap(t)和σ_ep(t)分别是泵浦光的吸收和发射截面面积；σ_as和σ_es分别是信号光的吸收和发射截面面积；α_P和α_s分别是泵浦光和信号光的损耗系数；τ是上能级粒子寿命；λ_s为信号光波长；λ_P(t)是半导体激光器输出中心波长对时间的函数；h是普朗克常量；c是真空中光速，A_c是纤芯截面积；

对于增益光纤长度为L的光纤激光振荡器，其边界条件表示为

其中，为总泵浦功率；R₁和R₂分别是高反光栅和低反光栅的反射率。

2.根据权利要求1所述的优化高功率光纤激光器热相关瞬态响应的方法，其特征在于：所述步骤3中的瞬态响应是由半导体激光器输出中心波长温度漂移导致的。

3.根据权利要求1所述的优化高功率光纤激光器热相关瞬态响应的方法，其特征在于：步骤4中相关参数包括冷却温度T₀、增益光纤长度L和增益光纤纤芯中Yb³⁺的掺杂浓度N。

4.根据权利要求3所述的优化高功率光纤激光器热相关瞬态响应的方法，其特征在于：提高冷却温度T₀，当光纤激光器输出功率增长至稳定功率的95％以上时，记录此时高功率光纤激光器输出功率的瞬态响应时间。

5.根据权利要求3所述的优化高功率光纤激光器热相关瞬态响应的方法，其特征在于：增加增益光纤长度L，当光纤激光器输出功率增长至稳定功率的95％以上时，记录此时高功率光纤激光器输出功率的瞬态响应时间。

6.根据权利要求3所述的优化高功率光纤激光器热相关瞬态响应的方法，其特征在于：提升增益光纤纤芯中Yb³⁺的掺杂浓度N，当光纤激光器输出功率增长至稳定功率的95％以上时，记录此时高功率光纤激光器输出功率的瞬态响应时间。