單模-多模光纖合束器的傳輸特性研究.pdf

1、單模-多模光纖合束器，用于將多路單模或準(zhǔn)單模光纖激光輸出合束到一路多模光纖中，是全光纖非相干合成技術(shù)中的關(guān)鍵器件。目前，對(duì)于單模-多模光纖合束器的研究雖然取得了一定進(jìn)展，但是其中對(duì)于光場在合束器中的具體傳輸過程以及合束器設(shè)計(jì)規(guī)律等方面的研究仍非常有限。因此，本文針對(duì)套管法制作的單模-多模光纖合束器，以3×1單模-多模光纖合束器為例，從傳輸特性入手展開數(shù)值研究，分析光場在其中的傳輸過程，研究輸入、輸出光纖參數(shù)及拉錐參數(shù)對(duì)合束器性能的影響，

2、給出單模-多模光纖合束器的設(shè)計(jì)規(guī)律。主要工作如下：
　　首先，介紹了單根拉錐光纖的理論分析方法——幾何光學(xué)法和光束傳輸法。論文分別給出了兩種方法的理論思路和算法實(shí)現(xiàn)，并結(jié)合單模-多模光纖合束器的特點(diǎn)和結(jié)構(gòu)，分析對(duì)比了兩種方法的差異及適用范圍，指出研究單模-多模光纖合束器的傳輸特性需要使用光束傳輸法。
　　其次，針對(duì)采用石英套管（折射率與包層折射率相等）拉制合束器的情況，建立了無限包層數(shù)值模型，研究了光場在合束器中的演化過程和

3、規(guī)律，討論了合束器結(jié)構(gòu)及參數(shù)對(duì)傳輸效率的影響。結(jié)果表明，輸出光纖的數(shù)值孔徑對(duì)于傳輸效率的影響較??；輸出光纖的纖芯和拉錐長度應(yīng)該足夠大以保證傳輸效率。此外，需要匹配拉錐比和輸出光纖纖芯直徑，使輸出光纖纖芯盡可能小，以獲得較好的光束質(zhì)量輸出。
　　最后，針對(duì)采用低折射率摻氟套管（折射率小于包層折射率）拉制合束器的情況，建立了有限包層數(shù)值模型，研究了有限包層及其他主要參數(shù)對(duì)合束器性能的影響。結(jié)果表明：第一，由于低折射率外部介質(zhì)的存在，使

4、得有限包層在約束和分離光場中起到了重要作用，并提高了合束器的拉錐比和傳輸效率；第二，光場在輸入光纖包層中仍保持單模傳輸，使得在輸出光纖纖芯數(shù)值孔徑遠(yuǎn)小于熔融拉錐光纖束包層數(shù)值孔徑的情況下，合束器依然保持了高傳輸效率，因此可以通過減小輸出光纖纖芯數(shù)值孔徑的方式來提高輸出光亮度；第三，由于熔融拉錐光纖束中的損耗，合束器傳輸效率的提升存在一個(gè)極限值，該值隨拉錐比增大而減??；第四，拉錐長度應(yīng)足夠長以滿足絕熱拉錐條件，數(shù)值模擬結(jié)果顯示絕熱拉錐長度