用于2μm掺铥光纤激光器光束整形的特种光纤设计

摘要

随着大功率掺铥光纤激光器(TDFL)相关技术的迅速发展及其在激光雷达、生物学、激光医学、遥感探测等领域的广泛应用，多芯TDFL受到了广大研究者的广泛关注。如何将泵浦激光有效地注入掺杂的多芯光纤，使稀土掺杂离子获得泵浦光激励而产生有效的粒子数反转，是提高泵浦效率的重要途径。论文优化设计了几种可用于光束整形的双包层光纤和椭圆芯光纤，并进一步通过有限元法对所设计的两种光纤的光束整形特性进行了理论和仿真分析。论文完成的主要工作如下:
　　1.建立了双包层光纤与椭圆芯光纤的光束传输模型，研究了双包层光纤与椭圆芯光纤参数对光束传输特性的影响。
　　2.设计了一种具有大模场面积的双包层光纤结构，通过改变光纤结构参数可以获得不同尺寸的中空光束的输出。利用有限元方法对所设计光纤的有效模场面积、限制损耗、非线性、暗斑尺寸以及环状光束宽度等参数进行了分析。整形后的793nm泵浦光，能量分布更加均匀。注入后接的多芯TDFL，使得Tm3+能够有效吸收泵浦光，提高泵浦效率和输出功率。
　　3.设计了一种结构简单、并可产生平顶保偏光束的椭圆芯光纤，并利用有限元法对椭圆芯光纤中的引导模式进行了数值分析。通过调整椭圆芯短轴大小、椭圆比以及椭圆芯折射率，从而获得具有最优参数的光纤结构。这种光纤对工作于2μm波段TDFL的输出激光进行整形，使其具有平顶保偏特性。这种平顶模场和保偏性质的结合可以有效提高光纤放大器的非线性阈值和热损伤阈值，有利于2μm波段TDFL的高功率激光输出。

目录

声明

致谢

摘要

1 引言

1．1 掺铥光纤激光器

1．1．1 Tm3+的能级结构

1．1．2 掺铥光纤激光器的特点

1．1．3 掺铥光纤激光器的研究现状

1．2 包层泵浦技术的研究进展

1．3 中空光束及其应用

1．4 平顶光束及其应用

1．5 2微米波段激光的应用

1．6 论文的研究内容与组织结构

2 光纤结构及理论基础

2．1 双包层光纤

2．1．1 基本结构

2．1．2 中空光束的基本参数

2．2 保偏光纤

2．2．1 单偏振光纤

2．2．2 保偏光纤的性能参数

2．3 平顶光束

2．4 有限元法

3．1 引言

3．2 光纤结构设计

3．3 仿真结果及分析

3．3．1 改变纤芯半径

3．3．2 改变环尺寸

3．3．3 改变内包层折射率

3．4 结论

4 产生保偏平顶光束的椭圆芯光纤特性分析

4．1 引言

4．2 光纤结构

4．3 椭圆芯光纤的特性分析

4．3．1 基模模场特性

4．3．2 有效模场面积

4．3．3 模式双折射

4．3．4 限制损耗

4．3．5 非线性特性

4．4 本章小结

5．1 本文工作总结

5．2 未来工作展望

参考文献

作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果

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