端面光斑对阶跃光纤中轴对称导模功率的影响

由波动方程的积分解导出了光纤中各轴对称传导模式传输功率的解析表达式, 该式包含了入射光对模式功率的影响, 同时也反映了不同阶次模式间的差别. 在此基础上, 以高斯光斑模拟光纤端面的实际光斑, 讨论了聚焦情况对各轴对称模式间功率分配情况的影响. 结果表明, 把工作频率和聚焦情况综合起来加以调整, 可达到压制某些模式而提升另一些模式的目的.     

多芯光纤激光器增益场选模效应研究

对多芯光纤激光器的增益场选模效应进行了初步研究。利用矢量耦合模理论计算多芯光纤激光器支持的各类超模的模式特性,并对其增益系数进行计算,比较不同功率等级下各超模增益特性的异同。计算结果表明,在较低功率下。多芯光纤激光器各类超模增益系数大小基本一致,输出光束是由各超模组成的混合模式; 而当激光功率较高时,同相模的增益系数大小明显大于其它模式,在模式竞争中占据优势,激光器输出光束远场具备同相模的特征。最后对多芯光纤激光器增益场选模效应的适用范围进行了简单讨论。     

少模光纤中受激布里渊散射的慢光

利用全矢量有限元法计算了少模光纤中模内和模间受激布里渊散射各模式布里渊频移和布里渊增益谱,模拟了泵浦功率、有效传输长度及脉冲宽度对各模式慢光时间延迟量、脉冲展宽因子的影响.模拟结果表明:少模光纤中不同传输模式产生的受激布里渊散射慢光特性不同,输入泵浦功率及有效传输长度越大,各模式的慢光时延量、展宽越大,且当输入泵浦功率相同时,模内的慢光时延量、展宽因子均大于模间的.优化参数可得,在输入泵浦功率为0.5W,光纤有效长度为1km的条件下,LP_(01)-LP_(01)、LP_(11)-LP_(11)及LP_(01)-LP_(11)模式的时间延迟量分别为643.7ns、362.6ns和213.2ns,其展宽因子分别为1.346、1.207和1.126.     

数值孔径对掺镱光纤振荡器模式不稳定阈值影响的实验研究

模式不稳定效应已经成为高功率光纤激光器中限制输出功率和光束质量进一步提升的最大障碍.用不同数值孔径的20/400阶跃折射率分布掺镱光纤搭建了光纤振荡器,并测量了它们的光光效率和模式不稳定阈值.实验结果表明,在同等注入抽运功率和抽运波长为976 nm的前提下,具有较低数值孔径的光纤尽管光光效率低于高数值孔径光纤的,但却表现出更高的模式不稳定阈值.这一结果表明数值孔径对光纤振荡器中的模式不稳定阈值有着显著的影响.因此,对于光纤振荡器的模式不稳定抑制而言,适当地优化降低数值孔径是一个抑制模式不稳定效应,进一步提升光纤振荡器模式不稳定阈值的方法,对于进一步提升光纤振荡器的输出功率和光束质量,有着明显的现实意义.     

高功率全光纤结构主振荡功率放大器中模式不稳定现象的实验研究

模式不稳定指高功率光纤激光随着输出功率提升发生的模式突变,会导致光束质量下降,限制了衍射极限光束质量光纤激光输出功率的提升,本文研究了全光纤结构主振荡功率放大器中的模式不稳定现象,结果表明,全光纤结构主振荡功率放大器中的模式不稳定现象会导致放大器斜率效率下降;理论计算表明,对于20/400阶跃折射率大模场双包层掺镱光纤,注入种子功率在百瓦左右时,模式不稳定发生的阈值功率在1kW左右:热效应是模式不稳定现象发生的根源。     

高功率光纤放大器中模式不稳定阈值功率的理论研究

模式不稳定指高功率光纤激光随着输出功率提升发生的模式突变,会导致光束质量下降。基于模式耦合模型,对量子噪声、强度噪声等引起的高功率光纤激光模式不稳定出现的阈值功率进行了详细分析和计算。研究结果表明,采用级联抽运方案和部分掺杂方式可以使模式不稳定性出现的阈值功率提高2~5倍。增加初始注入信号光功率、抑制注入信号激光的强度噪声和高阶模成分也可以提高阈值功率。研究结果为高功率光纤激光系统的设计提供一定参考。     

国产纺锤形渐变掺镱光纤实现6 kW宽谱激光输出

高功率高光束质量光纤激光器在工业加工等领域有着广泛的应用,然而光纤中的非线性效应和模式不稳定效应限制着高光束质量光纤激光器的功率提升,采用新型结构大模场增益光纤在同时抑制非线性效应和模式不稳定效应方面具有较大潜力。报道了基于单位自研的纺锤形渐变掺镱光纤激光成功实现6 kW功率、高光束质量激光输出。激光器采用主振荡功率放大结构,放大级采用双向981 nm泵浦纺锤形渐变掺镱光纤,在总泵浦功率为7.68 kW时,输出功率达到6.02 kW,光束质量M2因子约为1.9。通过进一步优化纺锤形掺镱光纤制作工艺及结构参数,有望实现更高功率、近单模光束质量的光纤激光输出。     

一种新型宽带光纤拉曼放大器的理论研究

主要比较分析了光子晶体光纤在设计宽带光纤拉曼放大器上的优越性。简化了多波长宽带光纤拉曼放大器功率耦合方程,分两步来确定各泵浦波的频率及输入功率的大小。首先通过模拟煺火算法迭代出满足条件的泵浦波频率,再利用平均功率分析方法,采用四阶阿当迭代方法计算出各泵浦波输入功率的大小,设计出了具有较宽平坦增益带宽的光纤拉曼放大器。分别对光子晶体光纤和色散位移光纤进行了模拟计算,仿真结果表明光子晶体光纤可以用来设计成短长度、高效的光纤拉曼放大器。     

高功率激光运转条件下大模场掺镱石英光纤模式特性的仿真研究

在高功率激光运转条件下,掺杂稀土离子的量子亏损和玻璃材料的本征吸收均会造成光纤放大器中增益光纤温度的整体上升与梯度分布。在热平衡状态下,光纤材料的热光效应将会诱导光纤横向折射率的再分布,引发高功率激光运转条件下增益光纤模式特性的改变。为此,利用多物理场有限元建模的数值计算方法对高功率激光运转条件下大模场掺镱石英光纤的热致模式特性展开系统研究,分析总结大模场增益光纤的模式特性在不同激光运转功率、增益光纤设计参数(纤芯直径、数值孔径、热光系数)和光纤弯曲使用条件下的变化规律。结果表明,随着激光运转功率的增加,纤芯和包层之间的温差会变大,从而导致光纤的归一化参数V值增大,最终使模式的传输损耗系数减小,模式在纤芯区域的功率因子增大。     

双芯光子晶体光纤中的模式干涉

应用全矢量超格子叠加模型分析了双芯光子晶体光纤(PCF)的模式特征.双芯PCF的基模和二次模分别由偏振方向不同的两个偶模和两个奇模组成，讨论了这四个模式的模式电场奇偶性.基于对双芯PCF模式电场奇偶性的认识，讨论了光纤中的矢量模式干涉问题.分析表明，不同偏振态模式的干涉不会引起芯间的功率转移，双芯PCF的芯间功率耦合是由相同偏振模式的干涉引起的.在相同偏振模式干涉过程中，光功率在两个芯子中呈余弦振荡，光纤的两个芯子一般存在约π／2的相位差.还讨论了两个不同偏振方向的耦合系数与波长的关系. 关键词： 光子晶体光纤 双芯光纤 模式 干涉 耦合     

石英玻璃非线性极化条件研究

实验研究表明：石英玻璃的非线性热极化在很大程度上取决于极化的温度和静电场（或直流电场），并有一温度阈值。对于光纤非线性极化的激光预处理，对应的是一个平均功率来度阈值。对两者作了适当的分析和比较。     

光纤激光模场及表征技术进展

在光纤通信、光纤激光器和光纤传感等领域的实际应用中,需要重点关注光纤中的模式问题。模分复用是提高光通信信息容量的有效方法,模间干涉是大多数光纤传感的基本方法,高功率光纤激光的光束质量控制的关键技术之一就是模式控制,因此,对光纤模式理论、模式产生及转换、模式表征技术开展研究具有重要的研究意义和实际应用价值。论文讨论了光纤的模式及光束质量,分析了多种模式发生及转换的方法,将模式表征方法归结为非相干、相干和低相干测量法。光纤模式表征是目前的研究热点,在多种表征方法中,空间和频谱成像法（S2）和双重傅里叶变换法（F2）具有显著的优越性,可不需要提前知道光纤的几何参数,就可获得模场分布、模式功率占比、群时延等特性。研究表明F2法更适合于表征高功率光纤激光的模场特性。     

Necessary conditions for nonlinear excitation of a high-order mode in a single-mode optical fiber

The necessary conditions for nonlinear excitation of higher-order modes in a single-mode step-index optical fiber are analyzed. The cutoff conditions for such an optical waveguide are investigated taking into account Kerr nonlinearity. The minimal power of optical pulses required for fulfilling the necessary conditions for nonlinear excitation of higher-order modes in a single-mode step-index fiber is calculated as a function of the normalized frequency. The allowed ranges of variation of the normalized frequency and optical-radiation power are estimated. It is demonstrated that the conditions necessary for nonlinear excitation of a higher-order mode in a step-index single-mode optical fiber can be created for optical pulses shorter than 500 fs.     

用耦合波理论求解渐变折射率光纤的传播常数和模式场

本文应用耦合波理论来计算任意渐变折射李光纤的传播常数和模场分布.将无限伸展的抛物型折射率分布光纤作为一个理想波导,任意径向不均匀折射率分布光纤便可以视作该理想波导的微扰,其模场可以展开成一组完备的理想波导模的叠加.然后,模场和传播常数可以通过耦合波方程求得.进一步将一阶微分方程组形式的耦合波方程变换成线性方程组,使计算过程大大简化.文中给出了数值计算结果,并将其与准确值进行了比较.     

Evolution of modes in double-clad Raman fiber amplifier

Stimulated Raman scattering in a double cladding optical fiber is studied with a continuous wave laser used as a pump source. Under various launch conditions, pump modes are differently excited. Considering the mode coupling effect among the pump modes, the evolution of the power in the Stokes modes is studied. The results show that the scattered waves （the Stokes waves） in the fiber core with 9%tm diameter and 0.14 NA could propagate predominantly in the fundamental mode of the fiber by carefully adjusting the pump light launching conditions.     

双包层手性光纤中导模的光功率特性

在对W型阶跃双包层手性光纤进行解析求解的基础上,对几个低阶导模的功率特性进行了仔细的研究.对典型的内包层厚度,计算了几个低阶模留在纤芯中的光功率随纤芯和内外包层的手性参数的变化关系曲线,讨论了纤芯和内外包层的手性参量以及内包层厚度对不同符号模式的功率特性的影响.内包层厚度越大,功率越被限制在纤芯中.随着纤芯中手性参量的增大, HE－11模和HE－21模（HE01模）限制在纤芯中的光功率缓慢增加,而HE11模和HE21模（HE02模）限制在纤芯中的光功率则逐渐减小.包层手性参量的作用正好与此相反.     

全光纤干涉式结构中传感模式仿真分析

全光纤干涉式传感结构中包层模场与外界物理量作用,携带被感测信息,因此对包层模的研究是设计制作和提高该类传感器传感性能的关键.利用有限差分光束传播法获得传感光纤不同长度和不同芯径比时传感器对应的光谱,通过傅里叶变换获得其干涉频谱,计算出各主要参与干涉的包层模组的有效折射率,利用色散方程确定对应包层模.理论仿真结果显示,随着传感部分光纤长度增加,参与干涉的包层模式随之增加,并且向高阶模式变化,光谱变得稠密,是多阶包层模干涉的叠加,传感器输出干涉谱的自由光谱范围变小.随着输入光纤与传感光纤芯径比变化,会明显改变纤芯包层功率分布,同时,芯径比增大也会增加参与干涉的包层模种类和阶数.     

高功率光纤中传输光模式与其波长相关性研究

针对高功率光纤激光模式诊断和光谱诊断的需求,研究了光纤中传输模式的波长相关性,数值计算了光纤中各个模式的模场分布随波长的变化曲线及相应的光束质量,采用双傅里叶变换F~2法实际测量了光纤模式成分与波长的关系曲线.结果表明,光纤中各个模式的模场分布随波长变化,波长越长,模场面积越大;模式的光束质量随波长变化不大,但在截止频率附近明显变差;光纤中各个模式的功率占比与波长有关.     

利用Kagome光纤实现多芯光子晶体光纤的输出合束

多芯光纤的输出光束只能在远场和焦点附近实现良好的同相位超模合束,这种超模传输特性大大影响了多芯光纤的应用范围.一种新型中空Kagome光纤为解决这一难题提供了可行的方案,利用中空Kagome光纤可以实现七芯光纤输出模式的整形合束.本文利用中心波长800 nm的钛宝石飞秒激光作为激光源,耦合入七芯非线性光子晶体光纤,得到700 nm至1050 nm的展宽光谱,并实现同相位超模输出.随后,将非线性展宽之后的宽谱七芯光束耦合至Kagome光子晶体光纤中,从Kagome光纤输出光斑呈高斯分布的模式传输,不再演变回七芯模式,耦合效率71%.实验还进一步验证此方法适用于不同结构的多芯光纤,为多芯光纤在高功率激光等领域的应用提供了参考.     

Actively mode-locked fiber ring laser by intermodal acousto-optic modulation

We report an actively mode-locked fiber ring laser. A simple and low-insertion-loss acousto-optic modulator driven by standing flexural waves, which couples core-to-cladding modes in a standard single-mode optical fiber, is used as an active mechanism for mode locking. Among the remarkable features of the modulator, we mention its high modulation depth (72%), broad bandwidth (187 GHz), easy tunability in the optical wavelength, and low insertion losses (0.7 dB). The narrowest optical pulses obtained were of 95 ps time width, 21 mW peak power, repetition rate of 4.758 MHz, and 110 mW of pump power.