掺镱双包层光子晶体光纤激光器的理论及实验研究

摘要

双包层光子晶体光纤具有许多传统光纤难以企及的优良特性，像无限单模传输和大模场面积，其作为高能光纤激光器的增益介质具有重要的应用潜力和研究意义。本论文分别从理论和实验两个方面介绍了我们实验室对光子晶体光纤激光器的一些研究和探索。
　　介绍了光子晶体光纤的结构、基本导光原理及其特性，并利用有限元法分析了实验用国产掺镱双包层光子晶体光纤的模场分布;理论计算了光子晶体光纤的有效模场面积、纤芯数值孔径、非线性系数，归一化频率和色散特性。
　　简要介绍了光子晶体光纤激光器的基本原理和主要的泵浦方式，并基于连续波双包层光纤激光器的稳态速率方程对掺镱双包层光子晶体光纤激光器的功率传输特性进行研究;然后借助Matlab探讨了不同的泵浦方式对激光器的输出特性的影响，为掺镱双包层光子晶体光纤激光器的优化设计提供参考依据。
　　对掺镱双包层光子晶体光纤激光器进行了实验研究。首先采用NKT公司的掺镱双包层光子晶体光纤作为增益介质，研究了不同的泵浦方式对激光器输出特性的影响:前向泵浦的斜率效率是10％，而后向泵浦的是13％。然后再采用国产掺镱双包层光子晶体光纤作为增益介质，研究了后向泵浦时在不同腔结构下的激光器的输出特性:利用平面镜做后腔镜时，存在模式竞争现象，激光输出线宽约10nm，激光输出斜率效率为9％，而利用平凹镜做后腔镜时，模式稳定，激光输出线宽约5nm，激光输出斜率效率为11％。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 光子晶体光纤

1．2．1 光子晶体光纤的简介

1．2．2 光子晶体光纤的特性

1．2．3 双包层光子晶体光纤

1．3 本论文的主要研究内容

2 掺镱双包层光子晶体光纤激光器

2．1 光子晶体光纤中Yb3+的能级结构及光谱特性

2．2 掺镱双包层光子晶体光纤激光器的简介

2．2．1 激光器的结构

2．2．2 激光器的泵浦技术

2．3 掺镱双包层光子晶体光纤激光器的国内外研究进展

2．3．1 国外研究进展

2．3．2 国内研究进展

2．4 掺镱双包层光子晶体光纤激光器的发展趋势

3 掺镱双包层光子晶体光纤激光器的理论研究

3．1 国产双包层光子晶体光纤的COMSOL仿真分析

3．1．1 建立模型

3．1．2 设定运算参数

3．1．3 网格划分

3．1．4 求解模场分布

3．2 国产双包层光子晶体光纤的光学特性

3．2．1 有效模场面积

3．2．2 纤芯数值孔径

3．2．3 非线性系数

3．2．4 归一化频率

3．2．5 色散

3．3 连续波双包层光纤激光器的速率方程

3．4 掺镱双包层光子晶体光纤激光器输出特性的理论分析

3．4．1 前向泵浦方式

3．4．2 后向泵浦方式

3．4．3 双向泵浦方式

3．4．4 总结

4 掺镱双包层光子晶体光纤激光器的实验研究

4．1 实验仪器和器件

4．1．1 泵浦源

4．1．2 耦合系统

4．1．3 功率计和光谱仪

4．2 实验一

4．2．1 实验装置

4．2．2 实验结果和分析

4．3 实验二

4．3．1 实验装置

4．3．2 实验结果和分析

4．4 实验三

4．4．1 实验装置

4．4．2 实验结果和分析

5 结论

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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