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。     

双包层光子晶体光纤特性研究

通过对比双包层光子晶体光纤与聚合物双包层光纤的结构特性以及泵浦方法,得出双包层光子晶体光纤（DC-PCF）可以产生比聚合物双包层光纤大得多的数值孔径,但需要侧面泵浦和利用锥形多模光纤连接的PC-DCF不适合构建放大器的结论。研究表明,光子晶体光纤所具有的大数值孔径能有效地减少高功率放大器中的非线性光学效应。     

百瓦级全光纤双包层光子晶体光纤放大器

利用双包层掺镱光子晶体光纤(DC-PCF)作为增益光纤,设计制作了全光纤双包层光子晶体光纤放大器。实验制作了匹配DC-PCF的(6+1)×1端面抽运耦合器,6根抽运光纤采用包层直径、纤芯直径分别为105μm和125μm(数值孔径为0.22)的多模光纤,信号光纤采用普通单模光纤。利用套管法制作端面抽运耦合器,并将制作完成的耦合器与DC-PCF直接熔接,再对光子晶体光纤进行锥棒熔接,锥棒输出端面镀1000~1100nm的增透膜,以防止激光反馈对整个放大系统产生影响。对全光纤双包层光子晶体光纤放大器进行测试,使用976nm的抽运源提供能量,信号光使用波长为1064nm、功率为2 W的连续光。当抽运功率达到最大值151.83 W时,最大输出功率为108.1 W,斜率效率为72.7%。输出光斑为很好的基模光斑,体现了光子晶体光纤在具有大模场面积的同时仍能保持基模传输的优良特性。     

双包层光子晶体光纤热效应及其影响分析

本文对双包层光子晶体光纤热效应及其模式特性的 影响进行了深入的分析和研究,采 用有限元方法构建了双包层光子晶体光纤的多物理场耦合模型。建立了双包层光子晶体光纤 截面的热传导方程,分别研究了双包层光子晶体光纤径向温度分布与光纤结构参数、换热条 件和热负载的关系。进一步地研究了热效应对光纤基模的有效折射率、有效模场面积和模场 分布的影响。双包层光子晶体光纤的径向温度分布与其结构参数紧密相关。最高温度位于纤 芯的中心,并且随着空气孔比例的增加而增大。同时纤芯的温度随着换热系数和热负载的降 低而降低。光纤的温度梯度随着换热系数和热负载的增加而线性增加。热效应同样影响光纤 基模场的分布。热负载从10 W/m增加到30 W/m 时,基模有效折射率 逐渐增加,基模的有效面积线性降低。并且波长越短,基模场收缩越明显,热效应越严重。     

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.     

全光子晶体光纤单级直接放大产生34W高功率飞秒脉冲

构建了全保偏双包层掺镱大模场面积光子晶体光纤(LMA-PCF)的单级飞秒激光直接放大系统。光子晶体光纤(PCF)振荡级采用孤子型锁模运转,放大级采用非线性放大技术。该系统获得的高功率飞秒脉冲输出平均功率为34W,脉冲宽度约为50fs,重复频率为42MHz,对应脉冲能量为0.8μJ,峰值功率为16.2MW。     

光子晶体光纤在光纤激光器中的应用

光子晶体光纤研究的日趋成熟不仅拓宽了光纤激光器的研究领域,同时也推动了激光技术的发展.文章针对大模面积双包层光子晶体光纤的特点,探讨了其在光纤激光器中的应用,重点阐述了光子晶体光纤在光纤激光器应用领域的最新进展,并介绍了燕山大学在制备稀土掺杂光子晶体光纤上所取得的最新成果.     

高功率光子晶体光纤激光器及其关键技术

与常规双包层光纤相比,空气包层大模面积光子晶体光纤更适用于高功率激光器的研制.介绍了高功率光子晶体光纤激光器研究的最新进展,分析了耦合系统和谐振腔设计中所存在的不利于功率提高的因素,指出低损耗的熔接技术是光子晶体光纤激光器达到更高功率的关键.     

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。     

普通光纤与小芯径实芯光子晶体光纤的塌孔熔接技术

光子晶体光纤(PCF)和普通光纤的熔接损耗主要来源于两光纤模场直径(MFD)的失配。提出了一种小芯径光子晶体光纤和大模场直径普通光纤低损耗熔接的方法。利用熔融拉锥机加热光子晶体光纤来精确控制光子晶体光纤的空气孔塌缩,以增加光子晶体光纤的模场直径,从而降低其与大模场直径普通光纤的熔接损耗。实现了模场直径为3.94μm的光子晶体光纤和模场直径为10.4μm普通光纤的低损耗熔接,最低损耗小于0.2 dB。     

光子晶体光纤熔接损耗研究

基于有限元法分析了光子晶体光纤模场半径,为了提高计算速度,提出了一种工作波长为1．55μm时,光子晶体光纤模场半径的快速估算方法,进而实现光子晶体光纤熔接损耗的快速估算。分析表明,本文提出的方法能够准确快速的实现光子晶体光纤熔接损耗的估算。     

光子晶体光纤模式特征的数值研究

应用光子晶体光纤（PCF）的本地正交基函数模型，对PCF的模式特征进行了详尽的数值研究，包括模式特性、传输常量、模场分布、模场面积、功率限制特性等。结果表明：通过调节PCF的结构参量，可以设计大有效面积PCF，用于高功率传输和制作光纤激光器；利用PCF的芯层与包层较高的折射率差，将光功率更大限度地限制在芯层以利于研究非线性效应等。     

掺镱光子晶体光纤激光器谐振腔的实验研究

为了对光纤激光器的谐振腔进行优化,研究了976nm半导体激光器后向抽运掺Yb3+双包层光子晶体光纤在不同腔结构下的输出特性。在实验中分别采用平面镜和平凹镜作为后腔镜对谐振腔进行了研究,利用平面镜做后腔镜时,存在模式竞争现象,激光输出线宽约10nm,激光输出斜率效率为9%;而利用平凹镜做后腔镜时,模式稳定,激光输出线宽约5nm,激光输出斜率效率为11%。结果表明,利用平凹镜做后腔镜时,激光器的模式更稳定、线宽更窄,并且效率更高。     

Improvements to the variable aperture method for measuring themode-field diameter of dispersion-shifted fibers

The variable aperture system for measuring single-mode fiber mode-field diameter is modified to provide accurate measurements of dispersion-shifted fibers. The system's numerical aperture (NA) is increased by using a spherical mirror and a large aperture wheel with 23 apertures out to 0.556 NA. Petermann's second mode-field diameter (MFD) definition is calculated with Simpson's rule numerical integration. The industrialized high-NA variable aperture method in the far field (VAMFF) system is accurate to within 1%, with a measurement standard deviation of less than 0.5%. Flexibility for measuring various fiber designs over a range of wavelengths is also a key feature. It is concluded that the industrialized high-NA VAMFF system is an excellent MFD measurement bench because of its precision, accuracy, and versatility     

Ultrawide-band single-mode transmission performance in a low-loss photonic crystal fiber

We describe the ultrawide-band single-mode transmission performance of a photonic crystal fiber (PCF) in the 850 to 1550 nm wavelength range. We confirmed that the fabricated PCF achieves a single-mode operation over the 850 to 1550 nm wavelength range by measuring the mode-field diameter (MFD) and modal delay characteristics. The 10-Gb/s-based wavelength-division multiplexing (WDM) signals with a total capacity of 190 Gb/s were successfully transmitted over a 5.2-km low-loss PCF utilizing the 850, 1310, and 1550 nm regions simultaneously. Our experimental results show that an endlessly single-mode PCF provides an ultrawide-band of more than 160 THz for future optical communication systems.     

Numerical aperture of single-mode photonic crystal fibers

We consider the problem of radiation into free space from the end-facet of a single-mode photonic crystal fiber (PCF). We calculate the numerical aperture NA = sin /spl theta/ from the half-divergence angle /spl theta/ /spl sim/ tan/sup -1/ (/spl lambda///spl pi//spl omega/) with /spl pi//spl omega//sup 2/ being the effective area of the mode in the PCF. For the fiber first presented by Knight et al. (1996), we find a NA /spl sim/ 0.07 which compares to standard fiber technology. We also study the effect of different hole sizes and demonstrate that the PCF technology provides a large freedom for NA engineering. Comparing to experiments we find good agreement.     

大模场宽频单模光子晶体光纤的设计与制备

文章对无尽单模光子晶体光纤进行了理论设计,并提出了微结构光纤的制造工艺技术和相应的光纤拉丝工艺参数,制造出了较大模场的宽频单模光子晶体光纤,该光纤的芯直径为13.1 μm,微孔直径为3.2 μm,孔间距为8.2 μm,1 550 nm波长的模场直径为14.6 μm,1 550 nm的衰减为0.6 dB/km,1 383 nm水峰为14.9 dB/km.截止波长测试和近场光强分布检验表明,该光子晶体光纤确实具备较宽的单模工作范围.     

利用GaAs作为饱和吸收体的被动调Q光子晶体光纤激光器

利用GaAs晶体作为可饱和吸收体, 实现了掺镱光子晶体光纤激光器的被动调Q输出。实验用掺杂光子晶体光纤的芯径为21 μm, 数值孔径为0.04, 在实现了大模场面积的同时, 保证了激光器的单模运转, 从而得到高光束质量的激光输出。实验使用高功率半导体激光器作为抽运源, 采用自行研制的耦合系统将抽运光耦合进入光子晶体光纤的包层中。在激光器平均输出功率为5.8 W时, 实验得到的最短输出激光脉冲为80 ns, 重复频率为6.7 kHz。     

光子晶体光纤的应用和进展

光子晶体光纤(PCF)和普通光纤相比，具有宽带单模特性、超大数值孔径、独特的色散性和超连续光谱等特性。介绍了PCF的原理，讨论了PCF的各个特性以及相应的应用和研究进展。