梳状大模场光纤结构的优化设计

通过在周期性梳状折射率结构的最外层增加一个高折射率平台的方法,对梳状折射率分布大模场光纤的波导结构进行了优化,使其在模场面积、模场分布及抗弯曲性能方面都有明显提升。模拟研究结果表明,与已有单一梳状折射率分布的光纤相比,优化后的大模场光纤的模场面积提高了700 m2以上,且在相同弯曲半径下,基模弯曲损耗由6 dB/m降低为0.1 dB/m。此外,通过对最外层高折射率平台的参数进行调制可实现不同的模场分布,包括高斯分布、平坦化分布和环状分布,满足特殊激光加工工业的应用需求。     

大模场光纤研究的新进展

为克服光纤非线性效应和光纤损伤等对光纤激光功率增长的限制,高功率增益光纤通常采用大模场光纤结构.总结了目前大模场光纤实现的3条主要技术途径:光纤结构设计、模式选择控制和模式转换,说明各种技术途径的基本思想及主要光纤的特点,在此基础上,指出:这些方法真正应用到实际还面临着模场畸变、高阶模抑制、光纤激光系统综合分析以及光纤...     

全固态大模场光子晶体光纤的研究

光纤激光器相较于传统激光器拥有巨大优势。为了研制具有更佳输出特性的光纤激光器,文章提出一种全固态掺镱正方晶格光子晶体光纤,利用全矢量有限元法对光纤结构和特性进行模拟。通过规划缺陷位置、优化掺入氧化硼的介质柱尺寸,使该光纤在1.06μm处基模模场面积达到4 405μm2,可满足单模传输条件并且具有低弯曲损耗特性,在弯曲半径!8cm时仍可以单模传输。该光纤可以在高功率光纤激光器中作为增益光纤使用。     

一种沟槽型场限环VDMOSFET终端结构

场限环结构以其简单的工艺和较高的效率,在垂直双扩散金属氧化物场效应晶体管终端结构中得到广泛应用,但其性能的提高也有限制。沟槽型终端结构对刻蚀工艺要求较高,并未在实际生产中得到大量应用。将场限环终端结构与沟槽终端结构相结合,设计了一种沟槽型场限环终端,在149.7 μm的有效终端长度上实现了708 V的仿真击穿电压。此结构可以得到较大的结深,硅体内部高电场区距离表面较远,硅表面电场仅为1.83E5 V/cm,具有较高的可靠性。同时,工艺中只增加了沟槽刻蚀和斜离子里注入,没有增加额外的掩膜。     

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。     

大模场掺铥光纤增益特性研究

为了进一步提升光纤激光器的输出功率,采用大模场面积掺铥光纤来抑制非线性效应,利用非均匀布喇格掺铥光纤结构,通过优化参量,在满足单模传输条件下获得模场面积为719μm2的大模场面积光纤。基于此光纤建立了793nm波长抽运下大模场掺铥光纤放大器理论模型。由于大模场面积光纤能降低光功率密度,抑制Stokes光功率,因此该种光纤放大器在高抽运功率下相比普通单模光纤放大器能够得到更大的输出功率。结果表明,当抽运光功率为100W时,所设计大模场面积光纤与普通单模光纤相比,转换效率提高5%,达到40%,输出功率达到41.01W。以上研究对于实际掺铥光纤放大器的设计有重要应用价值。     

大模场单模增益光纤的研究进展

高功率光纤激光器的发展面临着各种非线性效应和输出模式和功率不稳定等技术瓶颈,而大 模场单模光纤被认为是解决该类问题的主要手段。 本文系统总结了各种典型的大模场单模增益光纤,阐述了各种光纤的 结构特点以及实现原理,重点分析 了光纤的模场面积、输出功率、抗弯曲特性、激光光束质量和制备难度等几项关键指标。最 后介绍了作者最新设计的新型异质包层螺旋侧漏大模场 单模光纤结构模型及其实现路径,该光纤芯径在50～200μm范围内 具有可调控性,且制备相对简单,有望成为大模场单模光纤 发展的一个新的方向。     

一种双模大模场面积多芯光纤的设计和特性分析

提出了一种具有双模大模场面积的多芯光纤,建立了该多芯光纤的电磁场模型并采用有限元方法对其进行求解。基于该模型研究了光纤的模式特性和弯曲特性,系统分析了纤芯间距、纤芯半径和芯包折射率差对光纤模式特性和基模有效模场面积的影响。结果表明:通过引入空气孔并适当减少纤芯间距、纤芯半径和芯包折射率差,该光纤能实现严格的双模传输。保持双模传输时,通过增大纤芯间距,减小纤芯半径和芯包折射率差均有助于增大基模的模场面积。通过调整结构参数,在近似满足双模传输的条件下,光纤的基模模场面积在平直状态下可达到3155μm²。     

大模场抗弯曲全固态光纤的结构设计

提出了一种具有对称结构的大模场面积和低弯曲损耗的新型结构光纤,运用全矢量有限元法结合完美匹配层边界条件分析了光纤特性。该光纤由纤芯中的梯形折射率环和包层中的多层下陷层组成,仿真结果显示该光纤具有低弯曲损耗大模场单模传输的特性。对比分析了梯形谐振环、矩形谐振环、三角形谐振环结构光纤的弯曲损耗以及电场模式分布,实验结果显示梯形折射率环更具优越性。多层下陷层结构将模场限制在纤芯中,下陷层的数量大于2时模场面积基本上保持不变。研究结果表明,在波长为1 550 nm、弯曲半径为20 cm时,基模(FM)弯曲损耗只有0.056 868 dB/m,而高阶模(HOMs)损耗为3.58 dB/m,有效模场面积可达2 313.67μm²。该光纤对弯曲方向不敏感,在高功率光纤激光器放大器等光通信器件领域具有广阔的发展前景。     

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。     

大模场低损耗光子晶体光纤的研究与设计

为了改善高功率光纤激光器的非线性效应,提出并设计了一种新型的无源、单模、低损耗、大模场的光子晶体光纤结构.利用时域有限差分法并结合完美匹配层边界条件,分析了光子晶体光纤有效模场面积的影响因素,得到光子晶体光纤性能随波长及几何结构的变化规律,从而得到实现更大模场面积的结构参量.结果表明,保证单模传输的情况下,在1.064...     

单模光纤模场半径的研究

本文讨论了Gauss曲线拟合法、Gauss-指数近似法和最大激发效率法定义的单模光纤模场半径。对Gauss-指数法的适用范围进行了扩展,并对其物理图景提出了新的诠释,找到了一种改进方法来解决数据处理中通用曲线扩展部分的多值问题。本文还对三种方法的实验结果进行了分析和讨论,说明一般情况下Gauss曲线拟合将带来较大误差。     

简化腔结构的大模场面积光纤锁模激光器

实验研究了基于国产高增益掺Yb3+双包层大模场面积(LMA)光纤的简化腔结构激光器的稳定锁模运转,直接使用塌陷打磨之后的光纤端面作为线型腔中的一端腔镜,利用打磨为0°角之后的光纤端面4%的反射率,在高增益的条件下获得了激光振荡,并进一步利用半导体可饱和吸收镜(SESAM)获得稳定的锁模输出,得到了平均功率分别为144 mW和120 mW,重复频率均为68 MHz(对应单脉冲能量分别为2.1 nJ和1.8 nJ),脉冲宽度分别为9.9 ps和4.8 ps的超短脉冲输出.通过增加抽运功率,得到了功率分别为150 mW和220 mW的稳定多脉冲输出,对应脉冲个数为两个和四个.进而通过激光谐振腔中的光栅对,实现了波长1020 ～1080 nm宽带可调谐的超短脉冲输出.     

高功率大模场光纤激光器高阶模抑制技术的研究进展

大模场光纤可以降低纤芯功率密度及提高非线性效应的阈值,是进一步提高光纤激光器功率的重要技术途径,但随着纤芯的增大,光纤中将产生多横模运转,降低光束质量。对国内外大模场光纤激光器中的高阶模抑制技术的研究进展进行详细的介绍。对大模场光纤激光器模式控制的发展前景进行了展望。     

大模场面积双包层光纤光栅模式特性研究

分析了在大模场面积双包层光纤(LMA-DCF)上刻写光栅的技术要求和难点,采用相位掩模法在20/400μm的LMA-DCF上刻写了高反射率光纤布拉格光栅。针对大模场光纤中存在高阶模的可能性,通过调整单模光纤(SMF)入射光场和LMA-DCF芯径的相对偏移量,对LMA-DCF光栅中的传输模式特性进行了理论分析和模拟计算,并在实验研究中测量了偏移量不同时光栅的反射谱,观测到了相应的LP01模和LP11模的模场光斑分布。对LMA-DCF光栅的几种光谱测试方法进行了对比研究,分析了各种方法的优缺点。研究结果将为LMA-DCF光栅在高功率激光系统中的应用提供依据和参考。     

新型双纤芯大模场光纤传感特性研究

为了提高有效模场面积,降低光纤中光功率密度,减小非线性效应,提出了一种杂化石墨烯-金属等离子体传感薄膜双芯光纤,可应用在等离子体波导生物传感器.侧面抛光纤维的横截面包含有两个折射率n1=1.4478的均匀纤芯,抛光面上涂覆30 nm金膜.金膜进一步涂覆有0.34 nm的石墨烯层.通过对双芯光纤的有效模式指数,泄漏损耗和...     

单模光纤模场直径标准研究

单模光纤的模场直径测量是二十多年前大家就非常关注的技术课题.国内外技术人员对此做了大量的研究,发表了很多相关的文章.各大标准化组织都有相关的标准.现行有效的国际国内标准规定的模场直径的测量方法大多是直接或者间接的基于Petermann Ⅱ定义.IEC在2001年发布了IEC 60793-1-45:2001标准,随后2002年发布了一个勘误.自1993年起,ITU-T共发布了3个版本的模场直径测量标准,目前最新有效版本是第3版ITU-T G.650.1(2010)(2010.7.29批准).国标最新有效版本是GB/T15972.45-2008.作者在对这些标准进行深入的研究后发现IEC、ITU-T和国标对同一个测试方法的计算公式有多处不一致.文章就这些问题从模场直径的定义出发进行了理论推导,从量纲角度进行验证,并对广泛使用的测试仪表的内部计算方法进行了调研.最终认为ITU-T和IEC关于模场直径的现行标准中均有多处计算公式错误,并建议相关国际组织的相关标准尽快进行讨论修改.     

一种沟槽型SGTMOSFET终端结构

为了在提升终端耐压的同时减少终端的使用面积,基于屏蔽栅沟槽型MOSFET (shielded gate trench MOSFET,简称SGTMOSFET)设计了一种沟槽型终端。通过Sentaurus TCAD软件对终端结构进行仿真,仅改变沟槽和P型环参数,最终使终端的耐压达到了135V,有效终端长度仅为18.5μm。此终端结构适用于中低压领域,且在SGTMOSFET元胞工艺步骤的基础上仅增加了一层掩膜,终端结构工艺和元胞工艺兼容,易于实现。     

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。