多芯光子晶体光纤优化掺杂分布实现同相位超模输出

本文基于多横模运转的传输速率方程,建立了多芯光子晶体光纤放大器的数值模型.利用分步傅里叶方法,分析了掺杂浓度分布、耦合强度、抽运功率对于放大器各模式输出功率的影响.通过对多芯光子晶体光纤掺杂浓度的阶梯设计和纤芯间耦合强度的优化,实现了无需插入其他外加元件,利用光纤本身特性就可以实现选定同相位超模的方法,并且数值计算表明高抽运功率也能够提高放大器输出同相位超模的比例,进一步优化了多芯光子晶体光纤放大器输出脉冲的光束质量.     

七芯光子晶体光纤结构优化的数值分析

从耦合模方程出发,推导了描述七芯光子晶体光纤模场特性的本征方程,得到了这种结构光纤的本征值和本征矢.使用频域有限差分法数值模拟,通过改变传输波长、纤芯间距、包层孔大小分析了纤芯之间的强度分布与耦合系数的关系,分别实现了模式整形和高阶超模截止.掌握了具有强耦合特性的七芯光子晶体光纤设计规律,和这种结构光子晶体光纤的同相位超模的选取方法. 关键词： 光子晶体光纤 大模场面积光纤 多芯结构 频域有限差分法     

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。     

大模面积掺Yb~(3+)七芯光子晶体光纤的设计

要提高七芯光子晶体光纤激光器的输出功率,必须要增大七芯光子晶体光纤的有效模面积,并且需要纤芯间具有较强的耦合作用,以保证各纤芯输出的光束保持同相位。为了更直观的分析七芯光子晶体光纤的有效模场面积和纤芯间耦合强度的关系,根据七芯光子晶体光纤7个超模的特征,给出了七芯光子晶体光纤耦合长度的一种计算方法。利用多极法和有限差分光束传播法分析了七芯光子晶体光纤的结构对有效模场面积和耦合长度的影响。通过优化七芯光子晶体光纤的结构,设计了一种外层空气孔较大,内层空气孔较小的七芯光子晶体光纤,其有效模场面积高达3703μm2,耦合长度仅为13310μm。     

多芯光纤激光器的超模及模式选择问题研究

根据耦合模理论,分析了多芯光纤支持的超模,推导了超模场分布函数的解析表达式,并利用柯林斯(Collins)公式计算这些超模光束的二阶矩,分析各超模的光束质量。为了获得较好质量的光束输出,还对利用塔尔博特腔进行多芯光纤激光器的模式选择进行了数值分析。计算结果表明,只要选择合适的距离参量,塔尔博特腔可以有效地进行模式选择。     

双包层多芯光子晶体光纤自相干合成的数值分析与实验

依据耦合模理论分析了双包层多芯光子晶体光纤的超模模场特性,通过倏逝波对7束光的相位调节,可实现相干合成,激光亮度得到很大提高.利用相干合成原理对双包层多芯光子晶体光纤的出射光相干功率密度进行了分析与测量,对此种结构的光子晶体光纤实现自相干合成提出了理论和实验依据.     

高功率高效率光纤耦合半导体激光模块研制

采用光束整形和空间合束的方法,研制出高功率、高效率多阵列光纤耦合半导体激光模块。将波长为976nm连续工作的5个标准半导体阵列,通过对快轴进行准直和快慢轴光束旋转的方式进行光束整形,准直后进行空间合束,经耦合透镜聚焦,耦合入芯径400μm、数值孔径0.22的光纤。测量结果显示:光纤的出光功率最大可达到327 W,光纤耦合效率大于93.6%。     

kW级主振荡功率放大光纤激光器输出特性

分析了kW级光纤激光器实现单模激光输出的模式控制方式。采用主振荡功率放大方式,实现了工作波长1.08 m、最大输出功率1.05 kW的全光纤单模激光输出。对激光光谱和光束质量随激光功率的变化等输出特性进行了研究,结果表明:随着激光功率的增大中心波长和光束质量无变化,但谱宽逐渐展宽。分析了激光光谱展宽的原因,认为随着激光功率的增大,光栅纤芯的折射率变化增大,引起本振级的谱宽展宽,而本振级因谱宽展宽引入的噪声在放大级被放大,再加上放大级本身引入的自发辐射,共同造成放大级的谱宽展宽。对光束质量变差的原因进行了分析,认为光纤弯曲导致原先在纤芯中传输的激光部分被泄露到包层中,从而使光束质量变差。     

光纤混沌双芯双向保密通信系统研究

把量子阱激光混沌耦合反馈同步系统应用于光纤保密通信中,提出光纤混沌双芯双向保密通信设想.通过耦合外部光注入多量子阱激光混沌全光耦合反馈同步系统和光纤传输信道,建立了光纤混沌双芯双向通信系统物理模型.理论和数值证明了激光混沌同步,理论分析指出光纤中的自相位调制是限制激光混沌在光纤传输中同步的主要原因,并推导出混沌信号双芯双向传输中的非线性相移以及混沌激光功率限制和传输距离公式.数值实现了该系统在长距离二根光纤传输中的同步,详细地分析了系统同步时间随光纤传输长度的关系.模拟了调制频率06 GHz的混沌模拟通 关键词： 混沌 同步 光纤 保密通信     

1.06kW 13GHz线宽全光纤激光器

分析了高功率光纤激光器中受激布里渊散射(SBS)效应的抑制方法。研究表明,利用宽带噪声源高速相位调制展宽光谱的方法对于抑制SBS十分有效,可实现kW级用于光谱组束的数10GHz高功率光纤激光子束。通过理论计算线宽与SBS阈值的关系,并分析噪声相位调制各参数对SBS阈值提升的影响,优化了光纤激光器设计参数。通过宽带噪声高速相位调制的方法,展宽单频种子源线宽至13GHz,通过两级预放大至10 W后,使用20/400μm掺Yb光纤最终实现了中心波长1064nm、线宽13GHz、最高功率1.06kW的激光输出,光束质量M21.2,光-光转换效率86%,实验过程未观测到模式不稳定性现象。进一步扩宽噪声源频带,加大调制深度,有望实现更高功率的窄线宽光纤激光输出。     

Photonic crystal fiber for fundamental mode operation of multicore fiber lasers and amplifiers

A mode-selection method based on a single-mode photonic crystal fiber (PCF) in the multicore fiber (MCF) lasers is presented. The designed PCF has a central core region formed by a missing air-hole, and three air-hole rings. With an appropriate choice of the design parameters of the PCF, the power coupling between the fundamental mode (FM) of the PCF and the fundamental MCF mode can be much higher than those between the FM and the other supermodes. As a result, the fundamental MCF mode has the maximum power reflection coefficient on the right-hand side of the MCF laser cavity, and dominates the output laser power. Since the maximum power of the fundamental MCF mode will lead to the desired laser beam profile, higher the fraction of the fundamental MCF mode power contained in the total output power contributes to higher beam quality. The numerical simulations show that the effectiveness of the fundamental MCF mode-selection is higher in the MCF lasers with the PCF as a mode-selection component than in the MCF lasers based on the free-space Talbot cavity method. Additionally, for the MCF amplifiers, an approach is presented to decrease the sensitivity of the amplifier performance to the variation of Gaussian beam waist utilizing the coupling between the Gaussian beam and the FM of the PCF. The numerical results show that this method can effectively increase the design flexibility for a broad range of the Gaussian beam waist.     

双零色散光子晶体光纤中可见光超连续谱的产生

在掺镱锁模光纤激光器发出的皮秒脉冲的抽运下,本文报道了双零色散的多芯光子晶体光纤中可见光超连续谱的产生.这种光子晶体光纤的类似同轴双芯结构提供了相隔很近的双零色散点.第二个零色散波长的存在阻止了反常色散区内的由脉冲内拉曼散射引起的孤子的频移,形成了稳态孤子,在短波长和长波长方向上的正常色散区均产生了可观的色散波.在2 W的平均功率下得到了550 nm到1700 nm的超连续谱.此外,光纤的同轴双芯特性也导致了入射脉冲的模式转换.实验结果和数值计算十分符合.     

光子晶体光纤中布里渊散射声波模式特性的分析

推导了光子晶体光纤中声波微小位移波动方程; 研究了泵浦波长以及纤芯折射率对声波模式的影响; 应用石英圆柱模型研究了小芯径光子晶体光纤中纤芯直径对布里渊声波模式色散的影响. 结果表明在光子晶体光纤中, 纵向声波和横向声波共同作用产生质点声场, 两者相互耦合将产生混合声波模式; 可以通过改变泵浦波长或光子晶体光纤纤芯折射率来改变参与布里渊散射(BS) 过程的声波模式的传播常数; 随着光子晶体光纤(PCF) 纤芯直径的增大, 声波模式耦合程度得到加强, 相速度呈减小趋势, 且同一传播常数下, 声波模式数呈增多趋势; 随着泵浦波频率的增大, 声波相速度减小.     

Bending dual-core photonic crystal fiber coupler

In this paper, we systematically study a designed structure of a bending dual-core photonic crystal fiber (PCF). We propose the controllable wavelength-selective coupling PCF. This coupler allows highly accurate control of the filtering wavelength. The different wavelengths can be selected by controlling the bending radius of the fiber. Coupling characteristics of novel bending wavelength-selective coupling PCF are evaluated by using a vector finite element method and their application to a multiplexer demultiplexer (MUX–DEMUX) based on the novel coupler is investigated. When the fiber length is 4168 μm, the bending radius of PCF couplers for 1.48/1.55 μm, 1.3/1.55 μm, 0.98/1.55 μm, and 0.85/1.55 μm is calculated, respectively, and the beam propagation analysis is performed. Different from the traditional wavelength-selective coupling PCF, the dual-core PCF is bent and it can realize the separation of multiple wavelengths.     

一种基于三芯光子晶体光纤的宽带模分复用器的设计与研究

本文提出了一种基于非对称三芯光子晶体光纤的宽带模分复用器.该器件主要是由位于光纤中心的可提供基模和高阶模传输的中心纤芯和分别位于中心纤芯两侧的可提供基模传输的2个旁芯构成.根据光耦合理论,在输入端对3个纤芯分别输入LP₀₁模式的光,在传输过程中左旁芯的LP₀₁模式的光将逐步向中心纤芯耦合并转换为LP₂₁模式传输,而右旁芯中的LP₀₁模式的光则逐步耦合并转换为中心纤芯中的LP₃₁模式来传输.通过对光纤结构的优化设计和光纤长度的选择,使得在输出端同时完成旁芯LP₀₁模向中心纤芯LP₂₁和LP₃₁模的最佳转换,从而实现LP₀₁、LP₂₁和LP₃₁ 3种模式的光在中心纤芯中的复用.反之,若将该器件的输出端用作输入端则可以实现中心纤芯中3种模式的光向3个纤芯的解复用.本文利用有限元法和光束传播法进行了优化设计和仿真,并将光耦合理论与超模理论相结合进行了分析计...     

Coupling characteristics of high birefringence dual-core As2S3 rectangular lattice photonic crystal fiber

A type of As2S3 chalcogenide glass mid-infrared dual-core photonic crystal fiber has been proposed.The dualcore photonic crystal fiber(PCF) consists of two asymmetric cores.The high polarization property and the coupling characteristics have been studied by using the finite element method and mode coupling theory.Numerical results show that the birefringence at wavelength λ = 10 μm is up to 0.01386 and the coupling length can reach wavelength λ = 5 μm,261 μm and 271.44 μm for x-polarized mode and y-polarized mode,respectively.It demonstrates that a 6.786-mm-long fiber can exhibit an extinction ratio of better than 10 dB and a bandwidth of 180 nm.     

Design of diamond-shape photonic crystal fiber polarization filter based on surface plasma resonance effect

A novel plasmonic polarization filter based on the diamond-shape photonic crystal fiber(PCF) is proposed. The resonant coupling characteristics of the PCF polarization filter are investigated by the full-vector finite-element method. By optimizing the geometric parameters of the PCF, when the fiber length is 5 mm, the polarization filter has a bandwidth of 990 nm and an extinction ratio(ER) of lower than -20 dB. Moreover, a single wavelength polarization filter can also be achieved, along with an ER of -279.78 dB at wavelength 1.55 μm. It is believed that the proposed PCF polarization filter will be very useful in laser and optical communication systems.     

Dynamic behaviors of optical vortices in dual-core photonic crystal fibers

Novel evolution dynamics of optical vortices propagating in a dual-core photonic crystal fiber (PCF) is investigated, which can be explained well by using the equivalent dipole mode superposition principle. Thanks to the coupling between the two cores of PCF, exciting vorticity splitting and topological charge-flipping are achieved by inducing a vortex beam into one of the two cores of the PCF. What is more, the evolutions of two vortices located in each core separately can be controlled by means of modulating the initial phase difference of them. Our results may offer possibilities for applications of optical vortices, orbital angular momentum modulations, as well as optical communications.     

两光子晶体光纤激光器相干锁定的实验研究

利用自成像腔技术进行光子晶体光纤(PCF)激光器光束相干合成的实验研究,实现了两光子晶体光纤激光器的相位锁定.在不使用滤波器的情况下,实验仍能观测到清晰的下涉图样,且在高功率输出状态以及环境噪声情况下干涉图样仍可保持稳定,表明具有单模大模场特性的光子晶体光纤在实现光束相干合成方面比传统的双包层光纤(DCF)有明显的优越性.实验还表明耦合输出镜的反射率对相干输出功率有一定影响,当反射镜的反射率分别为5%,10%和15%时,两台激光器相干输出斜率效率分别为63.8%,61.6%和60.2%.在抽运功率为150 W和耦合输出镜的反射率为5%时,获得95.8 W的最大相干功率输出,相干功率合成效率为90.2%.实验中无任何热光效应产生,有望利用该方法获得更高的相干输出功率.     

中红外高保偏硫系玻璃双芯光子晶体光纤耦合特性研究

设计了一种中红外硫系玻璃双芯光子晶体光纤,利用多极法和模式耦合基本理论研究了这种光纤的耦合特性.数值模拟发现,空气孔间距Λ = 5.4 μm,空气孔半径为r = 1.35 μm,空气填充率d/Λ = 0.5的光纤,在归一化波长λ/Λ = 2.04 μm处双折射可以达到0.551×10^-2,在归一化波长λ/Λ = 0.93 μm处x偏振方向的耦合长度为145.32 μm,y偏振方向的耦合长 关键词： 双芯光子晶体光纤 硫系玻璃 双折射 耦合长度