| 题名 | 中波红外传能光纤耦合传输关键技术研究 |
| 作者 | 刘星洋 |
| 答辩日期 | 2019-06-01 |
| 文献子类 | 博士 |
| 授予单位 | 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) |
| 授予地点 | 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所) |
| 导师 | 郭劲 |
| 关键词 | 机械对准误差 弯曲损耗 损伤机理 包层光滤除 耦合连接器 |
| 英文摘要 | 中波红外波段的激光干扰设备是对抗中波红外精确制导武器的重要手段之一。目前该类设备所采用的激光传导方式存在着体积大、结构复杂、灵活性差、传输效率低、维护保养困难等缺陷,影响了激光传输效果,严重制约了激光干扰设备的性能。而使用光纤进行大功率激光传输具有柔性传输、理论传输效率高、体积小、质量轻、环境适应性好等显著优势,能够从根本上克服传统导光方式的缺陷,这对于提升激光干扰设备的性能具有重要作用。同时,红外传能光纤在材料和制备工艺等方面的不断进步,也为其在大功率激光传输领域的应用奠定了基础。但是,目前关于大功率激光与光纤耦合以及传输过程中关键技术的研究大都集中在近红外波段,且主要针对石英光纤。为了保证激光传输效率,提高传能容量,同时降低传输过程对光束质量的负面影响,从而满足激光干扰设备的应用需求,本课题针对中波红外传能光纤耦合传输关键技术进行了研究,主要研究内容如下:1、机械对准误差对耦合效率和光束质量影响的研究。从耦合效率的基本概念出发,基于纵向误差、横向误差和角度误差对耦合效率影响的机理,分别推导得到了三种形式的机械对准误差与耦合效率关系的表达式。经过仿真分析和实验验证表明,所得到的表达式具有很高的准确性。从几何光学的角度出发,结合仿真分析的手段,系统分析了纵向误差、横向误差和角度误差对光束质量(尤其是光束能量分布)的影响,并采用了实验验证的方法证明了得到的结论。此外,本章得出的关于机械对准误差对耦合效率和光束质量影响的结论对于大芯径光纤具有普遍适用性。2、弯曲损耗和耦合传输效率的研究。分别从波动光学和几何光学的角度分析了光纤两种形式的弯曲损耗(宏观弯曲损耗和微弯损耗)的机理,以此为基础,推导得到了宏观弯曲损耗和微弯损耗的表达式。系统分析了光纤耦合传输效率的影响因素,从耦合效率和传输效率两个方面出发,得到了全面且准确的光纤耦合传输效率的计算公式。3、红外光纤损伤机理及损伤阈值测定方法等的研究。分析了导致红外光纤损伤的主要原因,以此为基础进一步细化分析了光纤不同部位的损伤机理,进而确定了对应于不同损伤机理导致的光纤端面损伤和光纤体损伤表现出来的损伤形貌。总结和讨论了红外光纤损伤判定以及损伤阈值测定的方法。根据光纤损伤机理的分析,确定了光纤的薄弱环节,提出了防止红外光纤损伤的多项措施。4、包层光滤除和光纤端帽技术的研究。分析了包层光产生原因及其影响,明确了容易产生包层光的部位以及包层光滤除的必要性。总结并比较了目前比较主流的包层光滤除器制备方法。讨论了光纤端帽及其制备方法,并对大功率非光纤激光器与光纤耦合过程中引入光纤端帽的作用进行了分析,进而提出了光纤端帽参与激光聚焦的耦合方式,显著提升了耦合光学系统的性能。5、完成了一种适用于中波红外大功率非光纤激光器与传能光纤连接的耦合连接器的设计。通过对耦合方式的分析,结合具体设计要求,完成了聚焦光学系统的设计,经分析表明,该光学系统的聚焦性能优良。根据光学设计结果,采用仿真分析指导结构设计的方法,完成了耦合连接器的结构设计,提高了连接器的定位精度和工作稳定性。耦合连接器设计过程中,引入了包层光滤除技术和光纤端帽技术,极大地提高了耦合连接器的传能容量。与之配套的设计了主动水冷环节,有效保护了耦合连接器,防止其在大功率激光传输过程中出现损伤。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 133 |
| DOI标识 | 694CAE912B46082B90E07BDBBA0F8EE0 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.ciomp.ac.cn/handle/181722/63879]  |
| 专题 | 长春光学精密机械与物理研究所_中科院长春光机所知识产出 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 刘星洋. 中波红外传能光纤耦合传输关键技术研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 中国科学院大学(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所). 2019. |
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