大模場面積單模單偏振平頂基模光纖激光源的研究.pdf

1、隨著信息社會的快速發(fā)展，對于各種光學系統(tǒng)的特性要求也越來越高。當光功率升高，通常情況下光纖中的非線性效應也隨之升高。對于許多需要傳輸高功率的光學系統(tǒng)，如光纖激光器、光纖放大器等而言，非線性效應是限制提升功率的主要原因。由于非線性效應與光纖的有效模場面積成反比，所以適當?shù)靥岣吖饫w模場面積進而減小非線性效應是實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就能改變光纖中信號的偏振狀態(tài)。對于那些對偏振態(tài)十分敏感的光纖系統(tǒng)，如光纖傳感器、光纖激光器等，它們對偏振態(tài)有很嚴格的要求，往往偏振態(tài)的某些小小的隨機擾動就能導致系統(tǒng)的不穩(wěn)定，從而嚴重影響系統(tǒng)的性能。單模單偏振光纖通過對光纖結構的精細設計引入足夠高的雙折射達到分離兩個偏振態(tài)的目的，然后利用不同的截止機制來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)同時具有很高的穩(wěn)定性，引起了人們很大的興趣

3、。
　　本文結合平頂基模光纖和單模單偏振光纖的特點，提出了一種基模功率分布平坦、有效模場面積大、非線性效應弱、偏振態(tài)穩(wěn)定性強、結構簡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折射率凹陷，并在包層中對稱地引入兩個帶有橢圓空氣孔的纖芯，這種結構上的不對稱用于引入雙折射。本文重點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平頂基模單模單偏振光纖激光器的特性進行研

4、究，發(fā)現(xiàn)在合適的參數(shù)設計下，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爭中占主導地位，可以在不使用其他模式選擇機制的情況下實現(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