大模場反折射率增益導引光纖激光器件的理論及實驗研究.pdf

1、本文采用反折射率增益導引光纖技術方案實現(xiàn)大模場單模光纖激光輸出。全文詳細闡述反折射率增益導引光纖的增益導模原理、單模工作條件，并對模式特性進行詳細研究，分析了對應光纖放大器的功率放大特性，及其對應光纖激光器的單模工作原理。通過設計實驗平臺，優(yōu)化實驗參數(shù)，驗證了其單模工作性能。研究內容主要包括以下幾個部分：
　　1、根據復折射率增益導模原理，針對圓形和橢圓形截面的增益導引光纖，在復數(shù)域內求解復折射率波動方程和色散方程，分析增益導引光

2、纖模式工作特點和色散特性，得到其大模場單模工作條件，并計算相應的等效模場面積；
　　2、將反折射率增益導引光纖應用到放大器模型中，根據能級速率方程和單向功率傳輸方程，針對左端泵浦、右端泵浦、雙端泵浦、側面泵浦四種泵浦方式，采用光束追擊法和Runge-Kutta數(shù)值計算方法，求解功率放大方程，分析反折射率增益導引光纖放大器的增益放大能力和光纖參數(shù)（長度、芯徑、數(shù)值孔徑等）相互關系，優(yōu)化設計參數(shù)，完成光纖放大器模型的理論分析；

3、　　3、將反折射率增益導引光纖應用到激光器模型中，根據能級速率方程和諧振腔功率傳輸方程，針對側面泵浦方案，采用迭代的光束追擊法和Runge-Kutta數(shù)值方法，求解激光模式的振蕩過程，各橫模發(fā)生模式競爭，最低階LP01單模產生激光振蕩，從而得到該種光纖激光器大模場單模振蕩條件，并分析激光的輸出功率、斜率效率與光纖參數(shù)（長度、芯徑、數(shù)值孔徑等）和諧振腔參數(shù)的相互關系，優(yōu)化激光器的設計參數(shù)，完成大模場激光器單模工作特性的理論分析；
　

4、　4、針對反折射率增益導引光纖的彎曲變形，采用保角變換數(shù)學方法，對彎曲光纖進行數(shù)學等效，成為折射率漸變的直光纖數(shù)學模型，對等效直光纖進行數(shù)值求解，研究反折射率增益導引光纖的彎曲模式畸變，并求得彎曲模式損耗；
　　5、根據反折射率增益導引光纖激光器的模式競爭原理和單模工作特性，搭建側面泵浦光纖激光器實驗平臺，驗證反折射率增益導引光纖的大模場單模工作特性。分析光纖激光器的熱動力學過程和熱致溫度變化，優(yōu)化實驗系統(tǒng)參數(shù)，最終實現(xiàn)100μm