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高功率脉冲掺镱双包层光纤放大器研究的任务书
任务书
研究方向：高功率脉冲掺镱双包层光纤放大器研究
一、研究背景
随着光通信、激光加工、医学检测等领域的不断发展，对高能量、高功率、高品质的脉冲激光的需求也在不断增加。脉冲激光的输出功率主要依靠放大器来实现，而双包层光纤放大器由于具有较大的模场直径、高倍增系数等特点，已成为高功率激光放大器中的一种重要选择。
掺镱双包层光纤放大器在高功率脉冲激光领域中应用广泛，其在红外波段具有较宽的增益带宽和节能的特点，能够实现高峰功率、窄脉冲宽度的脉冲激光输出。而且，相比较于其他高功率激光放大器如掺镱光纤放大器、掺铒光纤放大器等，掺镱双包层光纤放大器具有更小的非线性效应和更低的色散，能够更好地保持脉冲宽度的窄，输出波形的优秀。
目前，关于掺镱双包层光纤放大器的研究主要集中在增益特性、非线性效应等方面。但随着脉冲激光需求的不断增加，如何提高掺镱双包层光纤放大器的输出功率、及输出波形的更好维持，成为了当前研究的热点和难点。
二、研究目的
本研究旨在探究高功率脉冲掺镱双包层光纤放大器的增益特性、非线性效应以及对波形的影响。具体来说，研究目的如下：
1.通过改变光纤的结构参数和掺镱浓度等因素，寻找一种最佳光纤设计方案，从而提高掺镱双包层光纤放大器的增益特性和输出功率。
2.分析掺镱双包层光纤放大器的非线性效应，对其控制与消除进行研究。
3.考虑掺镱双包层光纤放大器在高功率脉冲输出过程中对波形的影响，尝试从激光的发射波长、光纤长度、放大器的增益等方面进行有针对性的优化。
三、研究内容
1.掺镱双包层光纤放大器结构改进与优化
通过变换光纤结构参数，提高掺镱双包层光纤放大器的增益特性和输出功率，比如增加双包层光纤的内径和外径，掺入不同的掺镱浓度，从而达到掺镱双包层光纤放大器更佳的放大效果。
2.掺镱双包层光纤放大器非线性效应的研究
探究掺镱双包层光纤放大器在高功率脉冲激光输出过程中的非线性效应，如色散、自相位调制等。针对这些非线性效应，寻找合适的方法控制或消除影响，保持脉冲宽度的窄和波形的优秀。
3.掺镱双包层光纤放大器对波形的影响
分析掺镱双包层光纤放大器在不同激光波长、光纤长度和放大器的增益等因素下，对脉冲波形的影响。基于实验和模拟研究，寻找输出波形最优的方案。
四、研究方法
1.理论模拟方法
通过数值计算和模拟工具，如MATLAB、ZEMAX等，研究掺镱双包层光纤放大器的光学特性、光纤的增益等相关参数。也通过模拟计算对不同影响因素的敏感度进行分析。
2.实验方法
通过激光光源、光谱仪、锥面透镜等实验仪器，搭建掺镱双包层光纤放大器实验平台，对不同结构参数的掺镱双包层光纤进行实验研究，同时结合前期理论模拟的分析结果进行对比、验证。
五、研究预期成果
通过本研究，预期得到以下成果：
1.确定一种最佳的掺镱双包层光纤结构设计方案，实现掺镱双包层光纤放大器的增益特性和输出功率的提高。
2.研究掺镱双包层光纤放大器非线性效应，寻找措施控制和消除。
3.考虑掺镱双包层光纤放大器在高功率脉冲输出过程中的影响，寻找输出波形最理想的方案。
4.发表相关技术论文，探讨高功率脉冲掺镱双包层光纤放大器在激光加工、材料加工等领域的应用。
六、研究进度安排
本研究预计用时一年，具体进度安排如下：
第一阶段：2021年9月-2022年1月
研究掺镱双包层光纤放大器基本结构与光学原理、使用软件工具进行理论分析与模拟计算；
第二阶段：2022年2月-2022年6月
在理论分析的基础上，开展掺镱双包层光纤放大器结构改进与优化的实验研究；
第三阶段：2022年7月-2022年12月
分析并探究掺镱双包层光纤放大器在高功率脉冲输出过程中的非线性效应，制定相应控制或消除的措施；同时考虑其对波形的影响，寻找输出波形最理想的方案；
第四阶段：2023年1月-2023年3月
对实验结果进行总结分析，发表学术论文，向学术交流相关成果。
七、预算
该研究需要采购激光光源、光谱仪、锥面透镜等实验仪器，预算金额为10万元。另外还需要购买相关软件模拟工具，预算金额为5万元。
八、参考文献
[1]赵岩,刘承奎,蒋峰.掺镱光纤激光器及掺镱光纤放大器技术应用[J].激光杂志,2007,28(2):1-7.
[2]YuJinTe.关于掺镱双包层光纤激光器的技术发展现状[J].激光研究,2015,34(4):285-291.
[3]黄辉,顾江平.掺镱光纤激光器中产生与消除非线性效应的方法[J].光电子技术应用,2012,27(2):97-100.