大模场双包层光纤熔接的功率对准技术研究

为了提高高功率光纤激光器中大模场双包层光纤的熔接质量,采用NUFERN 20/400μm双包层光纤搭建了光功率对准系统,对大模场双包层光纤中存在包层光以及纤芯中只有基模和存在高阶模时光纤径向偏移与耦合效率的关系进行了理论分析和实验验证。结果表明,大模场双包层光纤中包层光和纤芯中高阶模的存在使耦合效率对径向偏移变化的敏感度降低,滤除包层光和高阶模后耦合效率随光纤径向偏移量呈高斯型变化; 使用光功率对准系统搭建千瓦级双端抽运激光系统,最大输出功率约1170W,光光转换效率约73%,光束质量约1.22,实现了千瓦级准单模输出。光功率对准技术能够实现待熔光纤的精确对准,对高功率光纤激光器输出性能的提升有重要意义。     

多芯光纤激光器的研究

阐述了多芯光纤的优点和结构,介绍了多芯光纤激光器达到大的输出功率的机理和同相位模式的选模和耦合原理,最后介绍了近年多芯光纤激光器的研究进展。     

掺镱多模双包层光纤激光器弯曲选模研究

为了使大芯径多模双包层光纤激光器实现基模输出以抑制高功率双层光纤激光器中的非线性效应,采用将大芯径的多模双包层光纤适当弯曲进行选模使双包层光纤激光器获得单模激光输出的方法,进行了理论分析和实验验证,取得了大芯径多模双包层光纤内包层折射率、纤芯半径、光纤内传输信号光波长、光纤弯曲半径等因素对弯曲损耗及激光器输出光场模式影响的数据,并采用国产掺镱多模双包层光纤进行了弯曲选模实验,实现了多模光纤激光器的单模输出.结果表明,激光器最大输出功率达9W,斜率效率达17.3%,输出为基模.这一结果对大芯径多模双包层光纤激光器的选模是有帮助的.     

布里渊单模光纤环形腔激光器实验研究

实验研究了布里渊单模光纤环形腔激光器(BSFRL)的输出功率、输出光谱和输出时域特性。通过对激光输出功率和光谱特性与构建激光器的光纤长度和输出耦合器的反馈耦合比关系的研究与分析发现,当构建的BSFRL的输出耦合器反馈耦合比为0.4、光纤长度为1.5 km时,BSFRL具有低泵浦阈值、高转换效率和稳定的单模激光输出,此时激光器的泵浦阈值约为3 mW,光-光转化效率为65%。通过调节偏振控制器,得到稳定的锁模脉冲输出。讨论了BSFRL的时域不稳定性并给出了相应解释。     

多模与单模光纤级联系统对激光束的传输

分析了激光束在光纤中的非线性传输损耗,理论上证明了受激布里渊散射(SBS)是光纤传输能力的主要限制因素;实验上在532nm波段对长度为5m,纤芯半径为1.75μm,数值孔径(NA)为0.11的单模光纤的传输能力进行了测定,结果与理论一致。采用模场耦合理论,推导出多模光纤与单模光纤的直接耦合效率表达式,计算得到耦合效率与所选用的多模光纤和单模光纤的纤芯芯径之间的模拟关系。激光器输出波长为532nm;多模光纤的数值孔径为0.11,纤芯半径为12.5μm;单模光纤的数值孔径为0.11,纤芯半径为1.75μm,实验结果与理论基本吻合。根据理论和实验结果,设计出多模光纤与单模光纤混合传输方案,在柔性传输较高激光功率的同时可以得到高光束质量。     

高功率单模钕光纤激光器

双包层单模光纤激光器是产生高亮度连续辐射的有效手段。它们的一个基本优点是工作物质上的热负荷相当小，这是因为光纤的侧面积与它的体积之比很大，用这种激光器可以生产功率为～10W的连续波激光辐射流[1~3]。本文报道用波长为λ＝0．81μm的半导体激光器列阵的辐射泵浦双包层单模光波导产生3W输出的钛光纤激光器。这种结构的特点是激光光波导第一层的截面形状以及用气相铝的沉积制作光波导芯。激光光波导的结构见图1（a），它由单模芯1，壁厚为290μm的直角形（此处是正方形）的第一包层2，折射率比第一层小的第2包层3以及保护层4构成。…     

1kW单模全光纤激光器实验研究

研究了高功率下光纤激光器实现单模激光输出的模式控制方式,分析了输出功率1kW的连续全光纤激光器的实现方法。采用一级振荡、一级放大的主振荡功率放大方式,实现了工作波长1.08μm,最大输出功率1.05 kW的全光纤连续激光输出,光-光转换效率77%,光束质量Mx2=1.43、My2=1.42。分析了光束质量变差的原因,认为在高功率下光纤弯曲导致原先在纤芯中传输的激光部分被泄露到包层中,在包层中传输激光使光束质量变差。针对某些特殊用途,对中心波长的稳定度进行了研究,经测量发现随着输出功率的增大,中心波长无明显变化。     

光纤偏移对空间光-单模光纤耦合效率的影响

空间光-单模光纤耦合的关键技术是怎样确保耦合系统中光纤的准确定位。基于电磁场模场匹配理论,讨论了光纤偏移对空间光-单模光纤耦合效率的影响,结果显示耦合效率随着光纤偏移的增大显著下降。采用光纤调整架以及微透镜光纤可以显著改善耦合效率,讨论结果有助于空间光-单模光纤耦合器件的优化设计。     

基于矢量模式的全光纤模式选择耦合器

提出了一种基于矢量模式的全光纤模式选择耦合器,该耦合器由一个单模光纤和一个空气芯环形少模光纤组成。基于耦合模理论,研究了不同参数对耦合特性的影响,并且详细分析了纤芯间距对高阶模式间的串扰和工作带宽的影响。结果表明,在相位匹配条件下,该矢量模式选择耦合器可高效地实现基模与特定高阶模的耦合;通过改变耦合器的纤芯间距,可以调控模式间的串扰和工作带宽之间的平衡关系。该模式选择耦合器可直接实现基模到高阶矢量模式的高效转换,能降低光通信系统的插损和复杂度,在光纤激光器、光镊和模分复用系统中具有潜在的应用价值。     

974nm半导体激光器的光纤耦合研究

根据半导体激光器和单模光纤模场分布特点,用模式耦合理论研究了单模光纤与半导体激光器的耦合,结果表明将光纤端面制作成楔形微透镜可以使光纤与半导体激光器的耦合满足模场匹配和相位匹配的要求。用遗传算法对楔形光纤微透镜参数进行优化,得到楔角为88°,柱透镜半径为3.44μm,耦合距离为6.13μm时耦合效率达到最佳值,用Zemax光学仿真软件对耦合模型进行仿真,得到耦合效率为88.9%,耦合好的模块经激光点焊及高低温环境测试后,得到最大耦合效率为81.36%。实验结果与仿真结果相差不大,耦合输出功率满足了作为光纤激光器种子源的功率要求。     

Finite element analysis of in-phase supermode for multicore photonic crystal fibers

Based on the Helmholtz equations, the full-vector finite element method (FEM) accompanied with the shifted iteration algorithm is used to analyze in-phase supermodes of a 19-core photonic crystal fiber. The effects of fiber structural parameters on the in-phase supermode field are also studied. The results indicate that the form of the fiber structure plays a key role on coupling of fiber cores, and the desired mode shapes which have the same amplitude in each core can be obtained by choosing the appropriate diameter of airhole. The results show a viable option for further achieving high-power laser output.     

一种基于三芯光纤的模式复用器/解复用器的设计

提出了一种基于三芯光纤的模式复用器/解复用器,三个纤芯包括两个相同的单模纤芯和一个少模纤芯,在少模纤芯中写入长周期光纤光栅以实现单模纤芯中LP01模与少模纤芯中LP11模间的转换。同时从两个单模纤芯输入LP01模,能激发少模纤芯中两个简并的LP11,a模和LP11,b模。采用光束传播法分析了该模式复用器/解复用器的耦合特性及串扰。数值模拟结果显示,若以少模纤芯中LP11模输出能量大于-1dB的波长范围作为该模式复用器/解复用器的工作带宽,则能够达到23nm,并且少模纤芯中生成的其他模式的输出能量皆比LP11模的输出能量小-21dB以上。该模式复用器/解复用器能够实现对少模光纤的模式复用与解复用,并具有极低的串扰。     

Supermode analysis of the 18-core photonic crystal fiber laser

The modal of 18-core photonic crystal fiber laser is discussed and calculated.And corresponding far-field distribution of the supermodes is given by Fresnel diffraction integral.For improving beam quality,the mode selection method based on the Talbot effect is introduced.The reflection coefficients are calculated,and the result shows that an in-phase supermode can be locked better at a large propagation distance.     

Research on the transverse mode competition in a Yb-doped 18-core photonic crystal fiber laser

A model based on propagation rate equations is built up for analyzing the multicore transverse mode gain distribution in an 18-core photonic crystal fiber(PCF)laser.The two kinds of feedback cavities are used for the fiber laser,which are the butt-contact mirror and the Talbot cavity.According to the model,the transverse mode competitions in different feedback cavities are simulated numerically.The results show that the Talbot cavity can improve in-phase supermode gain,while suppress other supermodes.     

少模光纤干涉仪性能的数值仿真研究

本文用数值仿真的方法研究了基于LP01模和LP02模干涉的少模光纤干涉仪的性能与光纤参数的关系.用有限差分法数值求解少模光纤干涉仪中单模光纤和少模光纤的导模.在少模光纤的LP03模截止且LP02导通的参数范围内,计算了调制深度和耦合效率与少模光纤参数的关系.计算结果表明,在采用SMF-28作为输入输出单模光纤的情况下,通过优化设计少模光纤的参数,可以使得调制深度大于98%,耦合效率接近于0.5.     

脊形波导耦合的光纤阵列设计

分析了单模光纤与脊形波导的耦合模理论,讨论了其模式特点、最佳耦合条件.在此基础上,计算并设计出满足最佳耦合条件的光纤阵列V-型槽宽度.所设计的光纤阵列在对光纤提供高精度定位的同时,又能保证其与脊形波导的高效率耦合.     

单模光纤的弯曲损耗分析

在修正弯曲单模光纤几何模型的基础上,采用一个简单的弯曲损耗公式,对单模光纤的弯曲损耗和弯曲半径及波长之间的关系进行了仿真和实验,观察到弯曲损耗随弯曲半径和波长的变化呈现振荡现象,且振荡现象是由光纤中的基模和在包层和涂覆层中传播的whispering gallery模之间的耦合引起的。并对关系曲线的特性进行了分析,得出了弯曲损耗曲线峰-谷值位置的计算式,具有一定的参考价值。理论分析和实验结果基本一致。     

分布反馈光纤激光器模式特性分析

根据耦合波理论,在分析分布反馈(DFB)光纤激光器纵模特性的基础上,着重阐述其偏振特性。另外给出了偏振态同耦合系数和双偏振态相移量差的关系。理论分析结果表明,当分布反馈光纤激光器输出为0阶模时,输出激光的偏振状态由耦合系数和双偏振态的相移量差共同决定,即在耦合系数一定的情况下,通过增加双偏振态相移量的差,或在双偏振态相移量差一定的情况下,通过减小耦合系数,可以实现单偏振输出。实验中在经载氢处理的掺铒光纤上制作分布反馈光纤激光器,由于耦合系数较大和双折射效应过小,输出为双偏振态。