基于双Talbot腔的18芯光子晶体光纤相干组束选模研究

摘要

双包层光纤激光器的提出为大功率光纤激光器的开发提供了基础。然而随着光纤输出功率的提升,进一步提高单根光纤功率面临了非线性效应以及达到热损伤阈值时对光纤造成损伤等问题。将多个高功率光纤激光器按照一定的规律进行排列组合,使激光器阵列实现相干合束以得到一束更高功率的激光输出,这种方法避免了单根光纤会遇到的问题。本文提出了改进的Talbot腔——双Talbot腔,用于18芯光子晶体光纤的相干组束的选模问题,并进行了实验研究。该方案锁定了同相位超模,验证了18芯光子晶体光纤同相位模分布的正确性,并对传统Talbot腔与双Talbot腔的差异等问题进行了分析。
　　本文的主要工作和创新点主要如下:
　　1对远场小孔光阑的选模方案进行分析,结合自由空间多缝干涉衍射理论以及18芯光子晶体光纤同相位模的远场分布进行讨论,认为相干组束选模的过程还是应当循序渐进,从多层结构慢慢演化至以“缺级”的方式优化远场输出。不过,哪怕在理想的情况下仍然不能输出一个圆斑的理想的远场分布。
　　2在分析了传统Talbot自成像原理之所以不能够锁定同相位模的原因是对各个超模之间互耦合忽视而造成的。利用这一特点,进行了对非同相位超模锁定的部分研究。认为需要对光纤各纤芯的相位加强控制后,能锁定需要的非同相位超模。
　　3在Talbot自成像原理的基础上,提出了双Talbot腔方案,并以此方案搭建了实验平台,进行了选模实验,并与传统的Talbot腔实验方案进行对比。新方案大大提升了对同相位模的选模能力,解决了传统方案对光纤端面互耦合的忽视,在一定程度上是对Talbot自成像原理用于相干组束理论进行了补充。
　　4对在本文中提出的双Talbot腔理论下,不同模式之间的竞争与寄生伴随关系进行了讨论。论证了在传统Talbot腔下,非同相位模主要依靠竞争的方式在输出中占据一定比例;而在双Talbot腔新方案中,较好的压制了模式竞争中非同相位模(主要是11超模)的存在,此时非同相位模主要依靠对同相位超模的寄生伴随而来,比例也降到了很小的部分。

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第一章 绪论

1.1 光子晶体光纤

1.2 光纤激光器

1.3 相干组束

第二章 18芯光子晶体光纤激光器模式分析以及相干合成分析

2.1 18芯光子晶体光纤介绍

2.2 18光子晶体光纤近、远场模式分布

2.3同相位模远场光斑的干涉衍射理论分析

2.4 本章总结

第三章 锁定同相位模式方案分析

3.1方案1：远场加小孔及其分析

3.2 方案2：Talbot自成像原理

3.3 方案3：双Talbot腔的理论分析——Talbot腔的线型腔与组合腔的对比

3.4 本章总结

第四章 18芯光子晶体光纤中非同相位模的分析

4.1 基于Talbot自成像原理选择非同相位超模

4.2本章总结：

第五章 基于双Talbot腔的18芯光子晶体光纤相干组束选模实验

5.1 18芯光子晶体光纤端面近场考察情况

5.2 基于Talbot腔传统选模实验

5.3 双Talbot腔锁定同相位模的实验分析及讨论

5.4 本章总结

第六章 总结

参考文献

发表论文情况和科研情况说明

致谢