双包层掺杂光纤端面泵浦技术的研究

设计了一种基于准直聚焦透镜组的双包层掺杂光纤端面泵浦耦合系统,通过分析多模光纤耦合输出的泵浦光束参量经准直聚焦透镜光学系统后的变换特性,给出了能够满足泵浦光束与双包层掺杂光纤内包层模场分布匹配条件的透镜组参数及其位置参数设计要求,并利用结构参数与双包层掺杂光纤完全相同的未掺杂双包层光纤进行了耦合功率的实验测试,当泵浦源输出功率为50 W时,获得了34.1 W的入纤泵浦功率,泵浦耦合效率达到近70%,为搭建双包层光纤激光器奠定了基础.     

用耦合功率理论分析缺陷双包层光纤吸收效率

当泵浦光在内包层有缺陷的双包层光纤(DCF)内传输时,只有在光纤中心处有场强的LP0n模才能直接被单模掺杂纤芯吸收;但根据耦合模扩散理论,与LP0n模对应的一组亮环最邻近的2n个亮环所携带的功率能耦合进LP0n模,被纤芯吸收。运用耦合功率理论中的功率耦合系数方程,算得2n个亮环与相应LP0n模间的2n个功率耦合系数,将之相加得到总的功率耦合系数。根据此系数的大小,可以判断单位长度内掺杂纤芯吸收光功率能力的强弱。运用这种方法计算内包层为D型、有双重缺陷和矩形的DCF的功率耦合系数,可以发现,在内包层缺陷面积相等的前提下,前者的吸收效率更大,这结果用基于射线法的等亮度定理是得不到的。     

双包层光纤吸收效率影响因素的研究

泵浦光的吸收效率是影响双包层光纤激光器输出功率的重要因素.在对双包层光纤的掺杂离子浓度、纤芯直径、内包层形状和尺寸、光纤弯曲和缠绕、外包层的背底损耗等因素对吸收效率的影响进行分析的基础上,分析了改变上述因素来提高吸收效率过程中,会出现的制约因素和需要注意的问题.     

光子晶体光纤激光器功率与温度特性研究

通过实验的方法对掺Yb³⁺双包层光子晶体光 纤激光器的功率和温度特性进行了研究。利用长 度为8m的双包层光子晶体光纤(PCF),在双端泵浦源光功率为260 W时,获得213.4W的高功率单模连 续输出,光-光转换效率为82.1%;同时,由于激光器采用低吸收系 数光纤泵浦,光纤温度未出现明显的非 线性现象,且在最高输出功率时,光纤表面最高温度仅为32℃。该 报道进一步验证了低吸收率的双包层 光子晶体光纤的优良特性,若进一步优化耦合系统及增大泵浦激光器的泵浦功率,该光纤有 望获得更好的性能。     

光纤弯曲对掺镱光纤激光器光束质量的影响

通过改变F-P腔全光纤激光器中的光纤盘绕半径,对输出激光光束质量进行了研究.搭建了百瓦级全光纤激光器.最大泵浦功率为436 W的条件下,获得了300 W波长1 080 nm的激光输出.光束质量M2=1.13.光-光转换效率为69%.理论分析并计算了20/400 m大模场面积双包层光纤中的两种导波模式LP01模和LP11模沿光纤径向的功率分布和弯曲损耗;利用光纤弯曲选模方法,实验上探究了光纤弯曲半径对输出激光模式及光束质量的影响.实验发现,通过光纤弯曲方式可以有效地消除高阶模式,再经过包层光剥除可以获得更好的光束质量M2=1.06.     

新型全光纤结构双包层光纤激光器

基于对双包层光纤的内包层结构、掺杂浓度、剖面折射率分布、外包层的背底损耗等因素对泵浦光吸收效率的影响进行分析的基础上,对掺Yb3 双包层光纤内包层直径对泵浦光的吸收长度和泵浦效率进行了理论模拟.采用半导体激光二极管光纤模块作为泵浦源,采用梅花瓣型双包层光纤与光纤光栅元件连接制作了全光纤结构的光纤激光器,实验获得了6.02W单模光纤激光器,中心波长为1080nm,半高宽为0.11nm,斜率效率为1.7W/A.     

双包层Er3+/Yb3+共掺光纤激光器稳态特性的分析

对980nm泵浦光泵浦双包层Er3+/Yb3+共掺光纤激光器进行了数值模拟,分析了泵浦光与激光在双包层Er3+/Yb3+ 共掺光纤中的分布情况、输出功率与泵浦功率的关系、光纤长度与腔镜反射率对输出激光功率的影响,计算的最大斜效率为56.3%,接近于理论计算值的极限。     

高功率双包层掺铥光纤放大器温度分布特性

通过对普适于不同内包层边界条件下的热传导方程进行推导和求解,得到了不同内包层形状的双包层增益光纤所对应的掺铥光纤放大器的三维热分布。计算结果表明,双包层光纤不同内包层形状可导致纤芯处的温度差高达107 K。同时,信号光与泵浦光功率的比值决定了温度最高点和熔接点的距离,在泵浦光功率为100 W、信号光功率为10 mW的情况下,两者之间的距离可达30 cm。通过分析不同内包层形状的双包层光纤的径向与轴向的热分布情况发现,相较于其他内包层形状的双包层光纤,偏芯型双包层掺铥光纤因其具有较低的最高温度、较高的泵浦效率和高斯型横截面热分布而较适用于掺铥光纤放大器。     

掺钕保偏光纤激光器腔内倍频实验研究

从双包层光纤激光器的速率方程和光传输方程出发,数值模拟得到泵浦功率20 W时最佳增益光纤长度。在此基础上,采用线型直腔结构,通过透镜耦合的方式,用808 nm半导体激光器对掺Nd3+熊猫型保偏双包层光纤进行端面泵浦,获得1060 nm连续偏振的基频光输出,其线宽小于5 nm,光-光转换效率达到50%;之后,采用腔内插入KTP晶体的方式对基频光进行倍频获得530 nm的绿光输出,其线宽小于3 nm,倍频效率达到20%。在20 W的入纤功率泵浦下,得到2 W的530 nm连续绿光输出。     

改进的环形腔双包层掺Tm3+光纤激光器

设计了一种改进的环形腔双包层掺Tm3 光纤激光器.通过分析准三能级系统的再吸收损耗并对比实验结果,获得了双包层掺Tm3 光纤激光器的阈值功率和热平衡时反转粒子的数量;研究了所设计的环形腔双包层Tm3 光纤激光器的稳态特性,仿真结果表明:环形腔结构下,整个光纤都处于高泵浦状态之中,且随入射功率的增加,泵浦功率增加更明显;在光纤长度不变的情况下,二色镜最佳反射率随泵浦功率的增加逐渐增大;在二色镜反射率不变的情况下,随泵浦功率的增加,最佳光纤长度逐渐增加.     

新型螺旋型内包层双包层光纤吸收效率分析

提出一种新型的内包层横截面边界为螺旋曲线的双包层光纤结构,并给出一种分析双包层光纤吸收效率的新方法:它以射线法为基础,采用概率理论计算出光纤内部传播的光线每次被内包层边界反射后能够被纤芯直接吸收的概率,并以此概率来衡量内包层横截面形状对光纤吸收效率的影响.最后用这种方法对螺旋型双包层光纤进行分析,得出它比一般缺陷型双包层光纤优异的结论.     

双包层光纤芯径与位置影响吸收效率的研究

为了提高双包层光纤结构中泵浦光耦合进纤芯的效率,文章首先探索了常折射率内包层光纤中芯径与内包层尺寸比对吸收效率的影响.然后对端泵入射光进行建模,研究了纤芯偏心距的优化.数值模拟结果表明,当偏心距为R-r时,即纤芯位于内包层边缘时,吸收效率最高.文章还阐述了渐变折射率内包层对耦合效率的影响.     

渐变折射率双包层光纤吸收效率的波动理论分析

用已知的积分公式计算了光纤中的总模数;用WKN方法推导了2个积分,分别用以计算两部分不能被双包层光纤(DCF)纤芯吸收的模式数量;最后将不被吸收的模式数与光纤总传播模式数作比较,得出渐变折射率DCF的吸收效率。给出了计算实例．讨论了吸收效率与渐变折射率参数及纤芯偏心距离之间的关系。     

缺陷型内包层双包层光纤吸收效率研究

缺陷型内包层双包层光纤由于其特殊的内包层横截面结构,对于光波的吸收效率要比理想圆型内包层双包层光纤提高许多.由于射线法在分析光波在光纤中的场分布、传播功率等情况时有其局限性,因此,文章改用波动理论对缺陷型内包层双包层光纤进行分析,试图找出不同类型的缺陷型内包层双包层光纤单位距离内吸收效率的差异.     

用边界反射原理计算双包层光纤的吸收效率

以双包层光纤(DCF)中内外包层分界面上的点作为研究对象,对于分界面上的任意一点运用边界反射原理,确定在内包层截面中,能发出被掺杂纤芯吸收的光线的点源所占有的面积,将此面积与内包层总截面积作一比较,算出这一点对双包层光纤吸收效率的贡献。按该方法计算内外包层分界面上每一点对吸收效率的贡献并取平均,最后可求得双包层光纤的总吸收效率。讨论了双包层光纤的圆对称和偏心两种情况,结果与已有文献中的结论完全一致,但这种方法的计算过程更为简便。     

用于高功率双包层光纤激光器侧面耦合的对称夹层结构

提出了一种基于亚波长衍射光栅理论的介质-金属-介质的对称夹层结构,这种结构因为没有使用诸如折射率匹配液、光学固化胶等承受不了较高温度的黏接物质,所以可以用于大功率激光二极管阵列的侧面抽运,尤其可用于条形半导体激光器侧面抽运双包层掺杂光纤中,以制作各种大功率稀土离子掺杂光纤激光器,并且其耦合效率可以达到80%以上。同时,这种侧面抽运技术还支持多点抽运以及光纤两端同时激射高能激光。     

光子晶体结构对量子阱红外探测器光吸收增强效应的研究

针对量子阱红外探测器(QWIP)光吸收效率较低 的问题,研究了基于光子晶体的耦合结构对 QWIP光吸收效率的增强效应。通过建立吸收效率计算模型并使用有限元方法,研究了光子晶 体结构中谐 振模式的光场分布,以及光子晶体结构参数对QWIP吸收效率的影响规律。通过综合优化,利 用光子晶体的谐振增强效应,理论上可以获得约88%的QWIP光吸收效 率。     

Double Clad Er-doped Fiber Amplifier

Presented is a theoretical study of double-clad Er-doped fiber power amplifier（EDFA）. Two kinds of double clad fibers（DCF） with rectangular and ＂flower＂ inner clad shapes are studied, and these fibers have different coupling constants and propagation losses. We calculate the effective pump power absorption ratio along the fiber with different coupling constants from the first cladding to the doped core and with different propagation losses for the power in the inner cladding. Then the gains of the double clad Er-doped fiber amplifiers versus fiber lengths are calculated using the EDFA model based on propagation and rate equations of a homogeneous, two-level medium.     

Analysis and Measurements of Nonradiative Dielectric Waveguide Bends

The coupling theory is applied to analyze loss characteristics of the NRD-guide bends. Besides the operating LSM/sub 01/ mode, the parasitic LSE/sub 01/ mode is generated at bends as a result of the mode conversion. A rigorous expression for the coupling coefficient between these two modes is derived and then employed in the two-mode coupling equations to be solved for the bending loss analysis. Design diagrams, which are useful for optimizing the strip width against a given curvature radius to build a Iossless bend, are constructed for 90 and 180° NRD-guide bends. It is shown that the field profile at a bend always shifts inwards. This confirms the previous experimental prediction. It is found that the periodic spikes on the loss versus frequency curve of a bend, which have been observed before, can be interpreted as being caused by resonances of the parasitic mode between the transition horns fixed at both ends of the bend, and that the true bending loss itself is normally restricted within a reasonable level. As an application of the present theory, a Iossless 180° bend with a curvature radius of 5 mm was fabricated with polystyrene and tested at 50 GHz. The measured bending loss was less than 0.3 dB.