双包层高数值孔径掺镱光子晶体光纤的研究

摘要

光子晶体光纤由于其具有的无截止单模特性、大的有效面积、可调色散、高非线性效应等传统光纤无法比拟的特性及广阔的应用前景，一直受到了国内外科研人员的广泛关注。
　　 针对高功率光纤激光器的需求，自行设计和制备了硅酸盐玻璃为基质的双包层高数值孔径掺镱光子晶体光纤。其具有高离子掺杂浓度，大的受激发射截面和宽的发射带宽，同时能够承受更高的泵浦功率和温度，因此非常适合于制备高功率激光器。
　　 采用高温熔融法制备了掺镱硅酸盐激光玻璃45.27SiO2、19.98B2O3、32.75MxOy(K2O、Li2O、BaO、ZnO、La2O3)、2Yb2O3(mol％)，根据测试的吸收光谱，并应用McCumber理论，计算了yb3+离子的受激发射截面，进而计算其潜在的激光性能，此掺镱激光玻璃的荧光有效线宽为83.23nm，荧光寿命1.13ms，最小的泵浦强度Imin为1.82 kW/cm2、零增益所需的激发态最小粒子数βmin为0.169、饱和的泵浦强度Isat为10.8kW/cm2。其性能表明该掺镱硅酸盐玻璃是光子晶体光纤的较好的芯棒材料。
　　 模拟并设计了孔间距为∧=1.02～10.2μm，d/∧=0.38；ncladding=1.5167，ncore=1.5823的纤芯为正六边形，包层三角晶格有限空气孔的掺镱光子晶体光纤。基于有限元理论，利用COMSOL Multiphysics软件对设计的光子晶体光纤内包层结构进行数值模拟，同时数值模拟了孔间距为∧=10.2μm，d/∧=0.38；ncore=1.5823，ncladding=1.5808掺镱光子晶体光纤，得到在λ=1020nm时，基模的有效折射率neff为1.581481；基模的有效模场面积Aeff为95.1μm2，未有二阶模出现，在数值模拟结果基础上采用棒管堆积法，拉制了掺镱硅酸盐光子晶体光纤。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1光子晶体光纤的基本概念及分类

1.2光子晶体光纤的研究现状

1.3论文研究目的和意义

1.4论文研究的主要内容及创新点

第二章 双包层掺镱光子晶体光纤的理论分析

2.1光子晶体光纤的特性

2.2掺镱双包层光子晶体光纤的理论研究

2.3掺镱双包层光子晶体光纤的导光原理

2.4光子晶体光纤数值分析方法

2.5本章小结

第三章掺镱硅酸盐玻璃的制备及光谱性质分析

3.1掺镱硅酸盐玻璃制备

3.2性能测试

3.3掺镱硅酸盐玻璃光谱性能分析

3.4本章小结

第四章 双包层掺镱光子晶体光纤的设计与研究

4.1有限元分析原理及步骤

4.2 COMOL对掺镱光子晶体光纤设计及数值模拟

4.3基于COMSOL有限元模拟光子晶体光纤的结果分析

4.4光子晶体光纤预制棒的制备

4.5本章小结

结 论

致 谢

参考文献