大模場(chǎng)面積單模單偏振平頂基模光纖激光源的研究.pdf

1、隨著信息社會(huì)的快速發(fā)展，對(duì)于各種光學(xué)系統(tǒng)的特性要求也越來(lái)越高。當(dāng)光功率升高，通常情況下光纖中的非線性效應(yīng)也隨之升高。對(duì)于許多需要傳輸高功率的光學(xué)系統(tǒng)，如光纖激光器、光纖放大器等而言，非線性效應(yīng)是限制提升功率的主要原因。由于非線性效應(yīng)與光纖的有效模場(chǎng)面積成反比，所以適當(dāng)?shù)靥岣吖饫w模場(chǎng)面積進(jìn)而減小非線性效應(yīng)是實(shí)際中一般采用的方法之一。研究發(fā)現(xiàn)，平頂基模光纖具有比普通光纖大得多的基模有效面積。另外，由于光纖中兩個(gè)偏振態(tài)的傳輸常數(shù)相差不大，很容

2、易發(fā)生偏振模耦合，因此外界微小的擾動(dòng)就能改變光纖中信號(hào)的偏振狀態(tài)。對(duì)于那些對(duì)偏振態(tài)十分敏感的光纖系統(tǒng)，如光纖傳感器、光纖激光器等，它們對(duì)偏振態(tài)有很?chē)?yán)格的要求，往往偏振態(tài)的某些小小的隨機(jī)擾動(dòng)就能導(dǎo)致系統(tǒng)的不穩(wěn)定，從而嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能。單模單偏振光纖通過(guò)對(duì)光纖結(jié)構(gòu)的精細(xì)設(shè)計(jì)引入足夠高的雙折射達(dá)到分離兩個(gè)偏振態(tài)的目的，然后利用不同的截止機(jī)制來(lái)排除不需要的偏振態(tài)。由于單模單偏振光纖中只傳輸一種偏振狀態(tài)同時(shí)具有很高的穩(wěn)定性，引起了人們很大的興趣

3、。
　　本文結(jié)合平頂基模光纖和單模單偏振光纖的特點(diǎn)，提出了一種基模功率分布平坦、有效模場(chǎng)面積大、非線性效應(yīng)弱、偏振態(tài)穩(wěn)定性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的平頂基模單模單偏振光纖，即是在普通光纖的纖芯中引入一個(gè)折射率凹陷，并在包層中對(duì)稱(chēng)地引入兩個(gè)帶有橢圓空氣孔的纖芯，這種結(jié)構(gòu)上的不對(duì)稱(chēng)用于引入雙折射。本文重點(diǎn)研究了基于平頂基模單模單偏振的光纖激光器和光纖耦合器的特性。
　　本文首先基于有限元法和速率方程對(duì)平頂基模單模單偏振光纖激光器的特性進(jìn)行研

4、究，發(fā)現(xiàn)在合適的參數(shù)設(shè)計(jì)下，X偏振基模較其他模式而言在單模單偏振平頂基模光纖激光器中的有源纖芯部分具有最多的能量分布，能夠獲得最大的泵浦能量和增益。因此，X方向偏振基模能夠在模式競(jìng)爭(zhēng)中占主導(dǎo)地位，可以在不使用其他模式選擇機(jī)制的情況下實(shí)現(xiàn)單模單偏振輸出。
　　然后，基于有限差分矢量光束傳輸法對(duì)單模單偏振平頂基模光纖耦合器的偏振模式耦合、單偏振特性進(jìn)行研究。研究發(fā)現(xiàn)，單模單偏振平頂基模光纖的纖芯中X偏振基模和Y偏振基模的功率隨著傳輸長(zhǎng)