高功率能量传输光纤模式剥离技术的研究

摘要

随着大功率激光器的诞生与其技术的发展，其在工业加工、医疗处理以及军事加工方面的运用也越来越重要。尤其是在工业加工方面，若想要实现三维加工那么就必须使激光与柔性化的传输系统相结合。在这里便涉及到了高功率激光与光纤的耦合问题，并且这项技术也成为了限制传输功率和加工的重要条件。在高功率的激光与光纤进行耦合时，如若存在耦合误差便会使纤芯内的光泄漏至芯径以外或者是光束直接耦合至包层中，从而导致耦合损耗或者光纤被烧毁。
　　本论文所研究的模式剥离技术便是关于提高光纤接口抗失调损耗的重要技术之一，其作用原理为对光纤的包层进行一定结构上或者材料上的处理，从而使得由于耦合误差或者因光束质量问题而进入包层的光被及时快速地导出防止能量在此迅速累积从而烧坏光纤的包层涂覆层。本论文首先从光纤耦合的基本原理开始介绍，并引出光纤耦合中的各种导致耦合误差的因素，并且通过TracePro软件建立模型，模拟出这些因素与耦合效率之间的数值关系。然后引入模式剥离(Mode stripping)技术的理想模型进行模拟，计算出不同误差情况中所需的剥离距离，最终通过设计获得了最优的剥离结构，并且模拟出相应的剥离速率。
　　最后本论文根据设计加工出了具有模式剥离效果的光纤，分别通过红光LD激光器以及绿光激光器对这些光纤做了耦合实验进行了研究，证明了所设计的模式剥离结构对包层内光束的剥离能力，并验证了理论模拟的数据与结论。

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1 绪论

1. 1 研究背景

1. 2 本课题意义

1. 3 本论文主要内容

2 光纤耦合的基本原理与损耗特性

2. 1 光纤传输的基本原理

2. 2 光纤耦合技术简介

2. 3 光纤耦合的损耗

2. 4 光纤的本征损耗和附加损耗

2. 5 本章小结

3 高功率光纤耦合特性研究

3. 1 高功率光纤耦合特性

3. 2 高功率光纤耦合方法

3. 3 本章小结

4 模式剥离技术的模拟与数值计算

4. 1 模式剥离技术剥离长度的模拟与计算

4. 2 模式剥离技术包层结构的设计与处理

4. 3 模式剥离技术剥离速率的模拟与计算

4. 4 模式剥离试验方案的选取与数值模拟

4. 5 本章小结

5 模式剥离技术光纤耦合实验研究

5. 1 具有剥离效果光纤的加工制备

5. 2 实验的方案与分析

5. 3 本章小结

6 总结与展望

6. 1 全文总结

6. 2 展望

致谢

参考文献