摻銩大模場光纖設(shè)計及其放大特性分析.pdf

1、2μm摻銩光纖激光器由于具有更寬的調(diào)諧光譜，因此在窄線寬高功率輸出方面具有更大的優(yōu)勢，在塑料材料的激光焊接、切割等領(lǐng)域也有著重要的作用。由于受激布里源散射(Stimulated Brillouin Scattering，SBS)、受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering，SRS)、交叉相位調(diào)制等非線性效應(yīng)的影響，目前光纖激光器獲得高功率窄線寬的輸出還較為困難[1]。由于光纖的非線性效應(yīng)與光纖的模場面積成反比，

2、模場面積越大，非線性閾值越高[2]，因此大模場摻銩光纖能夠有效提升光纖激光器的輸出功率及光纖放大器的轉(zhuǎn)換效率。本文設(shè)計了一種具有較大模場面積的摻銩光纖，將其應(yīng)用到光纖放大器中，并對放大器的特性進(jìn)行了理論及仿真分析。
　　論文主要工作如下:
　　(1)針對非均勻布拉格光纖(Irregular Bragg Fiber，IBF)結(jié)構(gòu)，對其模場分布進(jìn)行了理論分析，研究了IBF的6種結(jié)構(gòu)。通過對光纖進(jìn)行仿真，從光纖的半徑及折射率兩個角

3、度來研究不同光纖結(jié)構(gòu)對模場面積的影響，從而選出具有最優(yōu)模場面積的光纖結(jié)構(gòu)。
　　(2)根據(jù)所設(shè)計光纖結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，具體分析光纖參數(shù)對模場面積的影響并進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化，主要是纖芯半徑，折射率差，各層半徑厚度比這三個參數(shù)，最后實(shí)現(xiàn)了模場面積為719μm2的大模場摻銩光纖。根據(jù)光纖參數(shù)，分析所設(shè)計光纖的彎曲損耗及穩(wěn)定性，結(jié)果表明所設(shè)計光纖具備實(shí)用價值。
　　(3)根據(jù)銩離子能級結(jié)構(gòu)特性，建立了793nm波長泵浦方式下的大模場摻銩光纖放大

4、器理論模型?？紤]摻銩光纖放大器的輸出功率及放大器效率和SBS效應(yīng)，利用設(shè)計的摻銩大模場光纖結(jié)合放大器理論模型進(jìn)行仿真模擬。
　　(4)通過與普通階躍光纖進(jìn)行對比，分別研究兩種模場面積下光纖長度、放大器泵浦功率與輸出功率的關(guān)系。當(dāng)使用793nm波長泵浦，泵浦光功率為100W,Tm3+濃度為4.0×1025m-3時，所設(shè)計的大模場面積光纖與普通階躍光纖相比，轉(zhuǎn)換效率提高5％,達(dá)到40％，輸出功率為41.08W。結(jié)果表明，大模場摻銩光纖