大模场多芯光纤激光器的研究

来源 :北京交通大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:lingshao2009
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近几年,对多芯光纤的研究逐渐受到了关注。相比传统单芯光纤和光子晶体光纤,多芯光纤可以通过增加内包层中的纤芯数量就增大模场有效面积,不受纤芯数值孔径的限制,从而提高了诸如受激布里渊散射和受激拉曼散射等非线性效应的阈值,从而提升光纤激光器的输出功率。基于此本文对大模场多芯光纤激光器进行进行系统研究与分析。所做主要工作为:详细研究了多芯光纤中的耦合模理论,用COMSOL仿真出七芯与十九芯光纤各个超模的模场分布,分别采用光束质量因子M2和桶中功率PIB来衡量其光束质量。通过分析比较可以得出在多芯光纤中,同相位超模的场强分布为准高斯分布,且同相位模式总是具有最好的光束质量和最大的传播常数。以七芯和十九芯光纤为例,其模式数量分别为7和19,如果要得到单模输出同相位模式,一般采用塔尔伯特腔选模方法,分析表明塔耳博特腔选模方法同相位模式输出功率比例偏低,操作比较复杂。因此,本文研究了一种基于微芯结构的多芯光纤,分析表明微芯径多芯光纤在适当的参数下可以直接单模输出同相位模式,不需要引入其他选模机制。以七芯光纤和十九芯光纤为例,对传统多芯光纤激光器和微芯径多芯光纤激光器建立速率方程组,通过数值计算分析激光器的输出特性。并对两种多芯光纤激光器输出功率进行分析与比较,计算结果表明微芯径光纤激光器中可实现单模输出,同相位模式占总输出功率的比例高达100%,远高于没有引入选模机制的传统多芯光纤激光器。提出两种降低光纤弯曲损耗的方法,一种方法是在芯区外引入一层空气孔,另外一种方法是在芯区外引入多包层低折射率结构。分析表明多芯光纤弯曲损耗存在临界弯曲半径,在大于临界半径的情况下,弯曲损耗基本不变,在小于临界半径的情况下,弯曲损耗急剧增大。引入空气孔后当19、37芯光纤模场面积分别为516um2和920um2时,临界弯曲半径都从3.5cm减小到4mm。引入包层数达三层以上时,光纤的临界弯曲半径从3.5cm减小到4mm。
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