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改进的高功率19芯光纤激光器的理论分析
引用本文:王春灿,张帆,童治,宁提纲,简水生.改进的高功率19芯光纤激光器的理论分析[J].中国激光,2008,35(1):61-66.
作者姓名:王春灿  张帆  童治  宁提纲  简水生
作者单位:王春灿:北京交通大学全光网络与现代通信网教育部重点实验室, 北京 100044北京交通大学光波技术研究所, 北京 100044
张帆:北京交通大学全光网络与现代通信网教育部重点实验室, 北京 100044北京交通大学光波技术研究所, 北京 100044
童治:北京交通大学全光网络与现代通信网教育部重点实验室, 北京 100044北京交通大学光波技术研究所, 北京 100044
宁提纲:北京交通大学全光网络与现代通信网教育部重点实验室, 北京 100044北京交通大学光波技术研究所, 北京 100044
简水生:北京交通大学全光网络与现代通信网教育部重点实验室, 北京 100044北京交通大学光波技术研究所, 北京 100044
基金项目:国家自然科学基金(60477017),北京市自然科学基金(4052023),新世纪优秀人才支持计划(NCET-06-0076),北京交通大学校科技基金(2006XM003),北京交通大学科学技术基金(2004RC073),北京交通大学专项研究员基金(48101)资助项目
摘    要:为了增加19芯光纤激光器总输出光功率中共相位模式所占比例,提出两种改进方法,一是在掺镱光纤端面与反射镜面之间塔尔博特(Talbot)腔内引入三段具有一定间隔的非掺杂光纤,其结构尺寸和纤芯数值孔径均与掺镱光纤相同;二是将单模光纤激光器作为种子光源,利用透镜组对高斯光束进行束腰变换实现模式匹配,从而最大限度地激励共相位模式。基于速率方程组对改进后的方案进行了数值分析,计算了光纤端面间隔距离、信号输出端镜面功率反射系数和抽运功率对共相位模式功率所占总输出功率比例的影响。研究表明,在改进方案一中对于固定的镜面功率反射系数,存在最佳间隔距离以使共相位模式功率比例最大,共相位模式所占比例可以从改进前的79.06%提高到88.25%;通过改进方案二共相位模式所占比例可以提高到95.74%,从而确保了更好的光束质量。

关 键 词:激光器  光纤激光器  相位锁定  多芯光纤    塔尔博特腔
收稿时间:2007/5/21

Theory Study on the Improved High-Power 19-Core Fiber Laser
Wang Chuncan,Zhang Fan,Tong Zhi,Ning Tigang,Jian Shuisheng.Theory Study on the Improved High-Power 19-Core Fiber Laser[J].Chinese Journal of Lasers,2008,35(1):61-66.
Authors:Wang Chuncan  Zhang Fan  Tong Zhi  Ning Tigang  Jian Shuisheng
Abstract:To improve the ratio of the power of in-phase mode to the total power of output signal(Q) for the 19-core fiber laser,two improved methods are presented.In the first improved scheme,three pieces of undoped fiber,with the same structure and numerical aperture as the ytterbium-doped 19-core fiber,are introduced into the Talbot cavity of the fiber laser.In the second improved scheme,the output beam from the single mode fiber laser is transformed to match the in-phase mode using the double convex lenses.The improved schemes are numerical simulated and analyzed based on a set of rate equations.The ratio Q and the output power of each mode are investigated for different parameters such as the distance between fiber ends(a),the power refraction factor of mirror on the signal output end(RM2),and the pump power.The quantitative analysis shows that,for the first scheme,the optimum distance a exists for the fixed RM2,and the Q can be increased from 79.06% to 88.25%;For the second scheme,the ratio Q can be increased to 95.74%,which ensures better beam quality.
Keywords:lasers  fiber lasers  phase-locked  multicore fiber  ytterbium  Talbot cavity
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