大模场混合波导型微结构光纤的设计与特性研究

摘要

光纤激光器以其光束质量好、体积小、转换效率高和散热效果好等优点，在制造工业、军事和生物医疗中有着重要的应用。大模场光纤被认为是解决高功率光纤激光器功率提升面临的非线性效应及光纤损伤等功率增长限制的一种最直接有效的途径，本课题提出了一种新型的大模场面积混合波导型微结构光纤，并详细研究了其制备技术、光学特性等。主要从以下方面开展研究：
　　(1)全固态混合波导型微结构光纤的导光机制研究，包括全内反射(TIR)和光子带隙导引（PBG）。前者与传统阶跃光纤类似，后者导光机理可用反谐振反射光波导模型（ARROW）解释。
　　(2)一种大模场面积混合波导型微结构光纤参数设计，该光纤由三部分构成，分别为大尺寸纤芯、多个高折射率小芯和石英包层。沿x轴方向，多个高锗掺杂小芯对称地线性排列在中央大芯两侧，包层基底为未掺杂的二氧化硅。
　　(3)采用光束传输法（BPM）和有限元分析方法（FEM）研究大模场面积混合波导型微结构光纤的传输特性和模式特性，主要包括色散、有效模场面积、限制损耗和弯曲损耗等。
　　(4)大模场面积混合波导型微结构光纤制备技术研究，包括改进的化学气相沉积法（MCVD）制备锗掺杂芯棒技术、堆积法组制大模场面积混合波导型微结构光纤预制棒技术和大模场面积混合波导型微结构光纤的拉丝技术。
　　(5)光纤色散零点调控方法研究，通过调整光纤包层中高折射率掺锗棒的间隔、直径和掺杂浓度，实现色散零点调控，并在波长1.06μm处实现零色散，有效模场面积为360μm2，在波长1.31μm处实现单模输出。
　　通过本课题的研究，由于该种光纤的特殊结构，其有望在在大功率光纤激光器和色散调整方面得到进一步应用。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 光子晶体光纤概述

1.3 大模场面积光子晶体光纤

1.4 国内外研究进展

1.5 本论文研究背景与主要内容

第2章 光子晶体光纤基本理论及研究方法

2.1 光子晶体光纤的特性

2.2 光子晶体光纤导光机理

2.3 常用的理论分析方法

2.4 全矢量有限元法研究光子晶体光纤

2.5 本章小结

第3章 大模场混合波导型微结构光纤的制备方案

3.1 光子晶体光纤制备的工艺流程

3.2 大模场面积混合波导型微结构光纤预制棒的制造方案

3.3 大模场面积混合波导型微结构光纤拉丝技术

3.4 本章小结

第4章 大模场混合波导型微结构光纤的设计与特性研究

4.1 全固态混合波导型微结构光纤导光机理

4.2 理论分析模型

4.3 数值模拟结果与讨论

4.4 结构参数对光子晶体光纤特性的影响

4.5 大模场面积混合波导型微结构光纤弯曲特性

4.6 本章小节

结论

参考文献

致谢