双包层光纤放大器增益介质的理论研究

摘要

高功率双包层光纤放大器在光纤通信、光纤传感和光谱测量等领域有广泛的应用，是光纤放大器发展的主要方向。目前以双包层掺杂光纤为增益介质的放大器，由于纤芯比较小，当放大器处于高功率运转时，纤芯内功率密度过高，导致许多非线性效应的产生，严重影响输出特性，阻碍了功率的进一步提高。大芯径的多模光纤被认为是解决这个问题的有效途径。
　　 通过总结光纤放大器和双包层光纤的发展及应用，得出增益介质光纤发展的三个主要趋势：1)高吸收效率；2)低损耗；3)高非线性阈值。为进一步提高双包层光纤的吸收效率和光纤放大器的增益，文中提出了一种具有D形内包层、大芯径螺旋状纤芯的双包层光纤结构。用光学几何法和光纤单位长度吸收效率对具有螺旋状纤芯内包层的吸收效率进行分析，得出螺旋状纤芯不会使D形内包层的吸收效率降低，反而因其具有较大的纤芯半径和对内包层折射率的扰动，提高了吸收效率。通过对模式增益系数的仿真和分析，得到了相对掺杂半径在0.5～0.6范围内时，有利于基模的选取。利用螺旋状光纤的损耗公式，对纤芯的各种参数进行了分析和讨论，最后给出了一组合适的螺纹状纤芯参数。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 光纤放大器的工作原理及特性

1.2.1 采用活性介质的光纤放大器

1.2.2 基于光纤非线性效应的放大器

1.3 光纤放大器在通信系统中的应用及研究发展状况

1.3.1 光纤放大器在通信系统中的应用

1.3.2 光纤放大器的发展状况

1.4 双包层光纤的特性与发展情况

1.4.1 双包层光纤的结构与特性

1.4.2 双包层光纤的发展状况

1.5 本论文主要研究内容及意义

1.5.1 本论文主要研究内容

1.5.2 本论文研究意义

第二章 大芯径双包层光纤的研究与纤芯模式控制技术

2.1 大芯径双包层光纤的研究现状

2.2 大芯径纤芯模式控制技术

2.2.1 种子光注入法

2.2.2 光纤缠绕弯曲法

2.2.3 光纤拉锥法

2.3 本章小结

第三章 双包层光纤结构设计的基本原理和关键参数

3.1 光线在光纤中的传输理论

3.2 几何光学法分析光纤内包层形状对吸收效率的影响

3.2.1 光学几何分析法

3.2.2 圆形内包层的吸收效率分析

3.2.3 矩形内包层的吸收效率分析

3.2.4 六边形内包层的吸收效率分析

3.3 模式耦合理论分析弯曲状态下双包层光纤的吸收效率

3.3.1 模式耦合理论

3.3.2 弯曲结构双包层光纤吸收效率的分析

3.3.3 非圆形内包层和复合结构双包层光纤吸收效率的分析

3.4 本章小结

第四章 螺旋纤芯双包层光纤的理论分析和数值模拟

4.1 具有螺旋状纤芯的D形内包层吸收效率的分析

4.2 纤芯内的模式控制分析

4.3 螺旋状纤芯的理论分析及结构参数的选择

4.4 本章小结

总结

致谢

参考文献