掺镱双包层光子晶体光纤的理论设计及制备

针对掺镱双包层光子晶体光纤进行了模拟计算,包括结构参数分别与数值孔径及光纤单模特性的关系等.根据模拟的结果精确设计出了光纤的结构,详尽描述了制备掺镱双包层光子晶体光纤的步骤和具体方法,并展示了试验结果.     

大模面积色散平坦光子晶体光纤的优化设计

设计了一种正八边形空气孔排列的大模面积色散平坦光子晶体光纤,借助多极法对这种结构的光子晶体光纤的模场面积、有效折射率、色散系数和限制损耗进行了数值模拟.结果表明,正八边形空气孔排列的光子晶体光纤的模场面积较相同空气孔间距和空气填充率的正六边形空气孔光子晶体光纤大,且其色散曲线可以在很宽的波长范围内保持色散平坦并具有较低的色散值.主要分析了当这种光纤的结构参数发生改变时,光纤的限制损耗、有效模面积以及色散特性的变化规律,最终通过选择适当的参数,设计了在1 300～1 650 nm波长范围内色散平坦的大模面积光子晶体光纤.     

掺Yb3+光子晶体光纤激光器的研究进展

主要介绍了掺杂光子晶体光纤激光器的国内外研究进展,单根掺Yb3 光子晶体光纤的连续输出功率已达到2.5kW,峰值功率高达4.5MW,模场面积高达2300μm2.探讨了掺Yb3 光子晶体光纤激光器目前存在的技术与理论问题.     

掺镱大模场光子晶体光纤研究进展（特邀）

掺镱大模场光子晶体光纤在高峰值功率超快激光放大器中有着重要的应用价值,其研究得到了广泛关注。首先简要介绍了国内外掺镱大模场光子晶体光纤的研究进展,阐述了掺镱大模场光子晶体光纤的基本设计思路,对比说明了保偏型掺镱光子晶体光纤的设计制备方法。重点介绍了近十年来中国科学院上海光学精密机械研究所在掺镱大模场光子晶体光纤方面的研究进展。包括掺镱大模场光子晶体光纤的纤芯折射率大小和均匀性控制、光子晶体光纤微结构控制等关键技术。采用自主研制的四种芯径为40～100μm的掺镱大模场光子晶体光纤开展了皮秒脉冲激光放大实验。利用40μm芯径的保偏掺镱光子晶体光纤实现了平均功率为100 W、光束质量因子（M2）小于1.4的稳定输出,偏振消光比为12 dB。利用100μm芯径的保偏掺镱大模场光子晶体光纤实现了M2小于1.5的高光束质量脉冲放大。上述研究为掺镱大模场光子晶体光纤的国产化应用奠定了基础。     

大模场光子晶体光纤研究进展

大模场光子晶体光纤具有无截止单模运转和大模场面积特性,可以克服由激光功率密度过高引起的非线性效应对高功率系统尤其是超快脉冲系统的限制。近年来它在高功率光纤激光器、高功率光纤放大器、高功率能量传输以及高灵敏度传感器等领域引起广泛关注。回顾了大模场光子晶体光纤的研究历程,从大模场光子晶体光纤的特征参数、结构设计方法和应用热点等方面总结了大模场光子晶体光纤的研究现状,最后对其发展前景进行了展望。     

用大模场光子晶体光纤获得高功率飞秒激光

最近许多实验结果表明掺Yb光纤在提高输出功率方面还有很大潜力,而且由于大模面积光子晶体光纤的使用,飞秒光纤激光器的输出已经可以与传统飞秒固体激光器相比拟。报道了利用掺Yb的保偏型大模面积光子晶体光纤进行锁模和放大方面取得的实验结果,光子晶体光纤振荡级输出重复频率为51 MHz,脉冲宽度为450 fs,平均功率为2 W的飞秒激光,对应单脉冲能量40 nJ;同时利用国产双包层大模面积光纤进行了放大实验,在平均功率为毫瓦量级的种子光脉冲输入情况下,获得了103增益。     

水解-熔融法制备掺镱光子晶体光纤的研究

采用水解-熔融法制备高浓度掺镱双包层石英光子晶体光纤,通过对该制备方法及原理的探索研究,根据98.3%SiO2、0.2%Yb2O3、1.5%Al2O3(摩尔比)的配方进行设计,制备出高浓度镱离子掺杂的石英基双包层光子晶体光纤。该方法可有效提高稀土离子的掺杂均匀性。     

呼吸脉冲锁模的光子晶体光纤飞秒激光器

报道了一种掺Yb偏振型大模场面积光子晶体光纤(LMA-PCF)飞秒激光器。作为增益介质的光子晶体光纤的单模场面积比传统光纤高一个数量级,有效地降低了非线性系数,使激光器获得高能量输出。激光器基于线形腔结构,利用半导体可饱和吸收镜实现自启动锁模。光纤激光器利用光栅对进行腔内色散补偿,使其运转在呼吸脉冲锁模状态,即在谐振腔的零色散点附近实现锁模。当腔内净色散呈反常色散时,激光器获得了平均功率为400mW,重复频率为47MHz(对应于8.5nJ的单脉冲能量),脉冲宽度为500fs的稳定的锁模脉冲输出,经腔外色散补偿,脉冲压缩至98fs。当腔内净色散呈正常色散时,激光器输出的单脉冲能量为10.6nJ,脉冲宽度为1.76ps,经腔外色散补偿,脉冲压缩至160fs。     

高功率掺镱大模面积光子晶体光纤飞秒激光放大器的实验研究

掺稀土光纤可由激光二极管(LD)直接抽运,大幅度降低成本;宽的增益光谱、高的单程增益和极强的散热能力使之成为理想的激光增益介质;而且光纤激光器将激光限制在光纤波导中传输,具有很好的环境稳定性,以及更加紧凑的结构,特别是双包层光纤激光器的出现,使其成为能够走出实验室的     

大模场面积掺镱双包层光纤的色散测量

大模场面积掺镱双包层光纤的色散特性在高功率超连续谱的产生中具有重要影响。搭建了一套基于马赫-曾德尔干涉仪和超连续谱光源的超宽波段、高精度的色散测量系统。干涉仪的测量臂插入待测光纤,参考臂通过高精度步进电机调节光程。通过此系统,仅使用27.2 cm长的样品对大模场面积掺镱双包层光纤的色散特性进行了精确测量。实验记录了700~1 600 nm范围内不同波长的干涉条纹,计算得到光纤的色散曲线。使用全矢量有限元法对光纤的色散进行了数值模拟,模拟结果与实验结果一致,证明了实验方法与系统的精确性。     

Form-induced birefringence in elliptical hollow photonic crystal fiber with large mode area

We propose a novel type of photonic crystal fiber (PCF), including an elliptical hole in its solid core. We prove the feasibility of such a fiber and investigate both experimentally and theoretically the dependence of its group birefringence on the geometric hole parameters. We show, for the first time, that form-induced birefringence can be achieved in single mode PCFs with large mode area and suggest it as a possible route for the development of polarization maintaining PCF-based LMA fiber devices.     

掺铒大模式面积单模光子晶体光纤放大器的数值分析

根据平面波展开法(PWEM)给出泵浦光和信号光本征模场分布,结合速率方程和功率传输方程设计一种大单模尺寸的实芯掺铒K9玻璃大模式面积单模光子晶体光纤,芯径为20 μm;分析其椭圆度容差为94.7%,最内层小孔最大允许偏移量为0.1 μm;分析了掺铒K9玻璃光子晶体光纤放大器的放大特性.进行数值计算后得到当铒离子浓度(Nt)为1×1026时,掺铒K9玻璃光纤放大器阈值为180 mW,最佳长度为0.26 m.     

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.     

国产化大模场掺镱光子晶体光纤的设计与制备

理论分析了空气孔尺寸与晶格常数对光子晶体光纤(PCF)单模特性的影响,设计了大模场双包层PCF的波导结构。采用自主知识产权的专利技术,制备出高数值孔径大模场掺Yb双包层PCF,其内包层数值孔径为0.65,纤芯数值孔径为0.06,有效模场面积为1 465.7μm2。     

Dispersion-flattened photonic crystal fiber with large effective area and low confinement loss

A photonic crystal fiber (PCF) can realize a flat dispersion over a wide wavelength range that cannot be realized with a conventional single-mode fiber. However, the confinement loss tends to increase in a conventional dispersion-flattened PCF (DF-PCF) that has uniform air holes. In this paper, a novel PCF that has two cladding layers with different effective indices is proposed. The authors numerically show that the proposed PCF can achieve an ultralow dispersion variation of less than 0.8 ps/nm/spl middot/km in all telecommunication bands, with both a large effective area greater than 100 /spl mu/m/sup 2/ and a low confinement loss less than 0.01 dB/km.     

锥形光子晶体光纤的基模特性分析

本文研究了锥形光子晶体光纤(TPCF)的基模演化特性,分析了包层空气填充率对其特性的影响.数值计算结果表明TPCF比常规锥形光纤更能束缚模场;在相同的拉锥条件下,包层空气填充率越大的TPCF,其模场能保持芯模的形式传输更长的距离并且其芯区能量密度也越大.而TPCF的有效面积沿锥体纵向先缓慢减小,后急剧增大,最后又减小,随着空气填充率的增大,有效面积的最大值逐渐向锥尾方向移动.同时,对色散研究表明,在整个锥体中,色散值先负向增大,后正向增大;在空气填充率较小时,其色散曲线沿锥体纵向变化平缓,而空气填充率较大时,色散曲线起伏明显;并且随着空气填充率的减小,色散曲线的最低点移向初始拉锥端.     

Optimized butt coupling between single mode fiber and hollow-core photonic crystal fiber

In this paper, the optimum gap for maximum light coupling between Single Mode Fiber (SMF) & Hollow Core Photonic Crystal Fiber (HC-PCF) is theoretically computed and experimentally demonstrated. The Gaussian beam profile emanating from transmitting fiber undergoes Fresnel diffraction in the air up to some distance till its diffracted Mode Field Diameter (MFD) matches with the core diameter of receiving fiber. Theoretically computed such distance provides an optimum gap for maximum light coupling between these two fibers. The optimum gap is numerically computed as 7.618 μm and 12.598 μm for SMF to HC-PCF and HC-PCF to SMF light transmission configurations respectively and is verified experimentally. This optimized gap is useful for HC-PCF based devices to be joined to SMF as a transmission medium.     

GG-IAG大模场光纤制备与增益性能的研究

基于GG-IAG光纤理论模型,设计了掺Nd3＋ 磷酸盐GG-IAG光纤玻璃材料配方;采用管棒法制备了GG-IAG光纤 预制棒,在530℃下拉制了不同直径(200μ m－500μm)的掺Nd磷酸盐GG-IAG大模场光纤;测试了光纤的光谱 参 数与增益性能,然而,由于光纤存在模式泄漏损耗,导致其增益性能不高。为了提高GG-IA G光纤的增益性能,采 取磁控溅射方法,分别在芯径为130μm、160μm和200μm的GG-IAG光纤包层表面蒸镀200 nm的Ag膜作为全反射膜, 使得泵浦光被束缚在光纤中,从而提高了光纤的泵浦效率。实验结果表明,在光纤参数相同 的情况下,镀Ag膜后光 纤的放大效率分别为50%、41.88%、24.33%;而未镀Ag膜光纤的放大效率分别为26.87%、22.8%、 15.87%。说明光 纤表面镀膜能够显著改善GG-IAG光纤的增益性能,研究结果对GG-IAG光纤的应用具有指导 意义。     

超大模场双包层光纤的制备与性能测试

阐述了大模面积有源光纤的基本原理,介绍了有源光纤的制备过程。针对目前国内大模场有源光纤制备技术中存在的问题,从传统结构大模面积光纤的制备工艺入手,对有源光纤预制棒制备工艺进行了理论分析和实验优化,通过采用多次沉积等新技术,解决了有源区面积难以增大等问题。最终制备出纤芯直径95 μm的传统结构的超大模场有源光纤,并实现了激光输出。