光子晶體光纖激光器件的研究.pdf

1、摘要摘要90年代，光子晶體光纖的誕生，為構(gòu)建高性能的光纖器件提供了一種新的可能，基于光子晶體光纖實(shí)現(xiàn)高功率光纖有源器件的研究成為國(guó)際上的熱點(diǎn)問(wèn)題。本文的研究?jī)?nèi)容就是跟蹤這一熱點(diǎn)，對(duì)大模面積摻Y(jié)b3雙包層光子晶體光纖激光器和超熒光光纖光源進(jìn)行了較為系統(tǒng)、全面的研究探討。論文的主要內(nèi)容包括:1.光子晶體光纖模場(chǎng)特性理論分析簡(jiǎn)單介紹光子晶體光纖理論研究的各種方法。詳細(xì)說(shuō)明了全矢量平面波法的理論模型。利用以全矢量平面波法的理論模型為基礎(chǔ)的BMP

2、軟件，模擬了空氣孔排列方式、纖芯形狀和空氣孔占空比對(duì)模場(chǎng)的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，氣孔三角形排列適用于高功率激光器大模面積光子晶體光纖抽取中心毛細(xì)管數(shù)目不同導(dǎo)致纖芯形狀不同，而纖芯形狀對(duì)模場(chǎng)有較大影響:空氣孔占空比越小，模場(chǎng)面積越大，反之模場(chǎng)面積越小。2.摻Y(jié)b3雙包層光子晶體光纖激光器的研究采用新型的、具有大模面積的摻Y(jié)b3雙包層光子晶體光纖構(gòu)建了高功率輸出的光子晶體光纖激光器。當(dāng)入纖功率為7.2W時(shí)，激光器的最大輸出功率為4.3W斜率效率和

3、最大光一光轉(zhuǎn)換效率分別為69.4%和59.7%，激光波長(zhǎng)1070nmo高功率激光輸出存在著自脈動(dòng)行為。當(dāng)增加諧振腔損耗時(shí)，在時(shí)域特性中表現(xiàn)為隨機(jī)出現(xiàn)巨脈沖，在光譜中發(fā)現(xiàn)增益譜外長(zhǎng)波方向出現(xiàn)尖峰，認(rèn)為是非線性效應(yīng)。分別在360mm.210mm和660mm三個(gè)彎曲半徑，測(cè)量光纖激光器輸出光斑的模式分布。結(jié)果表明，當(dāng)增益光纖的彎曲半徑較大時(shí)，隨著激光輸出功率的增加，激光輸出模式將由單橫模輸出向伴有高階橫模的多模輸出演化而當(dāng)增益光纖的彎曲半徑較

4、小時(shí)，山于彎曲損耗的增大，高階橫模易于泄漏，使得在高功率運(yùn)轉(zhuǎn)下，激光能始終保持單橫模輸出。對(duì)各彎曲半徑下的激光輸出光斑進(jìn)行偏振狀態(tài)檢測(cè)驗(yàn)證了此結(jié)論。3.摻Y(jié)b3雙包層光子晶體光纖超熒光光源的研究采用大模面積的摻Y(jié)b3雙包層光子晶體光纖構(gòu)建了雙程前向超熒光光源。在入射泵浦功率為4.76W時(shí)得到了最大超熒光輸出1.649W，中心波長(zhǎng)1067.6nmAbstractAbstractThephotoniccrystalfiber(PCF)app

5、earedinthe1990swhichgivesanewmethodtomakethehighperformancefiberdevices.TheresearchonhighpowerfiberactivedevicebasedonthePCFhastakenonanewresearchupsurge.Concentratedonthisresearchupsurgedeepandsystematicalresearcheshave

6、beendevelopedonalargemodeareadoublecladYb3dopedphotoniccrystalfiberlaser(PCFL)andsuperfluorescentsources.Thisdissertationincludesthedetaileddescriptiononthefollowingsubjects:1.TheoreticalanalysisofmodepropertiesofthePCFF

7、irstlyvarioustheoryanalysismethodsofthePCFaresimplyintroducedandthetheorymodelofthefullvectorplanewaveexpansionmethodisdetailedlyexplained.UsingtheBMPsoftwarebasedonthefullvectorplanewaveexpansionmethodtheeffectofthechan

8、gingthearrangementofairholesthefigureofthefibercoreandfillingfractionofairholesonthemodepropertiesissimulated.SimulationresultsrevealthatthePCFwithtrianglearrangementofairholesisapplicabletothehighpowerfiberlaserandtheme

9、mberofdrawoutcapillarywhichdecidesthefigureofthefibercorehasmoreeffectsonthemodeproperties.Thesmallerthefillingfractionofairholesthebiggerthemodefieldarea.2.ExperimentalresearchesonlargemodeareadoublecladYb3`dopedPCFLEmp

10、loyingalargemodeareadoublecladdingYb3dopedPCFacladdingpumpedPCFLisconstructed.Whentheinputpumppoweris7.2Wthemaximumoutputpoweroflaseris4.3Wandthelaserwavelengthis1070nm.Theslopeefficiencyandtheopticalefficiencyoftheoutpu

11、tpowerversusinputpumppowerareupto69.4%and59.7%respectively.Selfpulsingbehaviorofthelaserisobserved.Whenthelossofthecavityisincreasedthegiantpulserandomappearsinthetimedomainandthepeakappearsatlongerwavelengthoutsidethega