大芯径光纤整形飞秒激光脉冲空间分布的研究

通过将1 kHz重复频率的飞秒放大激光脉冲耦合到大芯径(100μm)阶跃光纤,在27 mm长的光纤中产生了环形空间光强分布,并在3 160 mm的长光纤中观察到平台型的空间光强分布,通过自聚焦效应对该现象进行了解释.结果表明,通过选择合适的光纤,可以实现对放大飞秒激光脉冲的有效空间整形,从而达到改善光束质量的效果.     

大芯径光纤整形飞秒激光脉冲空间分布的研究

通过将1 kHz重复频率的飞秒放大激光脉冲耦合到大芯径（100 μm）阶跃光纤,在27 mm长的光纤中产生了环形空间光强分布,并在3 160 mm的长光纤中观察到平台型的空间光强分布,通过自聚焦效应对该现象进行了解释.结果表明,通过选择合适的光纤,可以实现对放大飞秒激光脉冲的有效空间整形,从而达到改善光束质量的效果.     

大芯径空气包层微结构光纤实现kW级激光传输

kW级高功率激光柔性传输是激光清洗、激光焊接、激光刻蚀等高功率激光加工领域中必备的环节,而实现高功率激光低损耗传输的光纤是其关键器件。目前高功率激光传输光纤采用大芯径传能光纤,仍然存在着弯曲损耗大、柔性差等问题,并且使用过程中要经常维护。华南师范大学特种光纤研究中心提出一种大芯径空气包层微结构光纤,利用包层的空气孔可以极大降低激光泄露的风险,降低光纤制备过程中对耐高温涂敷层的严苛要求,实验结果证实该光纤在室温无制冷条件下可实现kW级激光传输,从而为10 kW级高功率激光柔性传输奠定基础。     

大芯径石英阶跃光纤光谱损耗测量研究

大芯径石英阶跃光纤的谱损耗是光纤传输性能的重要参数之一。介绍了大芯径光纤光谱衰减的测量方法,对大芯径阶跃光纤在400～600nm光谱范围内的谱损耗特性进行了研究。结果表明,光纤在400～600 nm范围内的谱损耗随波长的减小而增大,通过实测得到的600nm处的损耗系数为12 dB/km,400nm处的光谱损耗系数为96dB/km。     

高功率激光光纤耦合系统设计与分析

端面抽运耦合是高功率光纤激光器的常用耦合方式之一.在不考虑像差的情况下,采用高斯光束传输的ABCD定律,参照混合模系数M2的定义,研究了类高斯光束通过双透镜后腰斑和发散角的变化规律,设计了一种将LD尾纤输出的大功率多模激光耦合进双包层光纤的透镜耦合系统,针对透镜组通光孔径、透镜加工要求、系统尺寸等影响耦合系统效率的各种因素作了简要分析.该系统已成功运用于光纤激光器实验,验证了设计方案的可行性.     

传像光纤束单丝芯径大小对光纤像面全息图的影响

光纤像面全息可以获得较高衍射效率的全息图和再现较大的物像。文中分析了相干光激励下传像光纤束单丝芯径的大小对其输出光场的影响，以及输出光场中低阶模与高阶模对全息照相的不同作用，在此基础上，提出缩小传像束单丝芯径，增多单丝根数，可以提高光纤像面全息图衍射效率和分辨率的观点，并通过实验进行了验证。     

用非球面透镜制作光纤约1∶1空间耦合器

针对光纤的泵浦耦合问题,对由两片非球面透镜组成的接近1∶1光纤间空间耦合器进行了计算和实验验证.利用高斯光束的变化规律对光路进行了分析研究,并根据二极管输出光相干性不好的特点,对非球面透镜进行了光路追迹的模拟计算.研究发现,在泵浦光波长等因素发生变化时,利用椭球面透镜组成的耦合系统较双曲面透镜有更高的稳定性.实验中选用符合计算结果要求的非球面透镜组成耦合装置,利用一台二极管激光器(尾纤输出端面直径约200μm,N.A.约0.2)泵浦一段芯径约200μm(N.A.约0.42)的多模光纤,耦合装置的透过率约95%,在光纤端面有反射的条件下约90%的泵浦光耦合进光纤.     

用非球面透镜制作光纤约1:1空间耦合器

针对光纤的泵浦耦合问题,对由两片非球面透镜组成的接近1:1光纤间空间耦合器进行了计算和实验验证.利用高斯光束的变化规律对光路进行了分析研究,并根据二极管输出光相干性不好的特点,对非球面透镜进行了光路追迹的模拟计算.研究发现,在泵浦光波长等因素发生变化时,利用椭球面透镜组成的耦合系统较双曲面透镜有更高的稳定性.实验中选用符合计算结果要求的非球面透镜组成耦合装置,利用一台二极管激光器(尾纤输出端面直径约200 μm,N.A.约0.2)泵浦一段芯径约200 μm(N.A.约0.42)的多模光纤,耦合装置的透过率约95%,在光纤端面有反射的条件下约90%的泵浦光耦合进光纤.     

大芯径紫外石英光纤γ射线辐照效应研究

阐述了三种不同芯径的紫外石英光纤的稳态γ射线辐照效应,对比研究了其发光特性、光谱衰减以及光谱展宽。设计了基于钴-60源的大芯径紫外石英光纤稳态γ射线辐照效应实验,对三种芯径(200μm,400μm和600μm)的光纤进行了研究。实验表明,大芯径紫外石英光纤在稳态γ射线辐照下存在稳定的发光现象,并对其光谱衰减有补偿作用,其光谱展宽效应不明显。     

大芯径大数值孔径阶跃光纤传导模特征方程求解

导出了相邻阶第二类变型贝塞尔函数的比值在小宗量的逼近形式,利用Lentz—Thompson方法计算相邻阶第一类贝塞尔函数的比值在小宗量的值,计算精度为浮点数系统的最低有效位。从而解决了求解大芯径、大数值孔径阶跃光纤的特征方程时．贝塞尔函数溢出双精度浮点数表示范围的问题。分别对多模石英光纤和大芯径大数值孔径的聚合物光纤的传导模特征方程进行了求解,石英光纤的传导模特征值计算结果与Optiwave公司的软件一致;对于聚合物光纤,算法给出了所有模式的计算结果,其中模式角向序数小于70的计算结果与Optiwave公司的软件一致,而Optiwave公司的软件不能计算角向序数大于70的模式。     

使用MCVD设备制取62.5μm大芯径、大数值孔径光纤预制棒的新工艺探索

总结了使用ＭＣＶＤ设备制备大芯径、大数值孔径光纤预制棒的新工艺。探索在不掺硼的情况下,在预制棒芯层逐层增加ＧｅＣｌ４的流量。在内包层掺氟以降低内包层折射率。解决了为达到较高折射率差Δｎ,在芯层掺锗过多而引起光纤预制棒在沉积后期和缩棒过程中由材料的热膨胀系数而导致的炸裂问题。并通过改变火焰平移速度,提高了沉积速率,缩短了制棒时间。所拉制的光纤、数值孔径ＮＡ高达０．３０。     

MEMS阵列光开关的光纤耦合设计

利用高斯光束传输理论进行了阵列光开关的光纤耦合设计计算。根据ABCD矩阵推导出了光束通过球透镜时的传播规律,计算了在光纤与光纤之间两个球透镜耦合的效率,分析了影响耦合效率的因素。通过设计计算,确定了光纤端部的位置,使得整个损耗达到了最小。从理论上来看,在波长λ=1 55μm时,4×4阵列光开关的耦合效率可以达到91%以上。     

大容差光纤耦合技术研究

设计了一种新型的耦合系统,该耦合系统由大口径聚焦透镜、1/4节距自聚焦透镜、锥形光纤和球端光纤四部分组成.分析了自聚焦透镜压缩发散角和球端光纤增大数值孔径的机理,给出了计算锥形光纤参量的详细流程.采用大口径透镜和1/4节距自聚焦透镜有效增大径向位置容差和角度容差,然后通过锥形光纤压缩光束半径将激光耦合进球端光纤.仿真实验结果表明,该系统耦合在r<3 mm,－1<θ<1.5范围内的耦合效率稳定保持在50%以上.     

闪烁光激励下大芯径阶跃光纤系统的时间响应研究

引入材料色散和漏泄模式光线的传输效应,对D. Gloge多模光纤脉冲响应公式进行修正,利用修正后公式数值计算了在闪烁光激励下纤芯半径为0.1 mm、长50 m的石英阶跃光纤的冲击响应波形,该波形近似一高斯函数,半高宽为3 ns,前沿比后沿慢0.8 ns,且后沿存在拖尾。用该响应波形通过数值方法得到了闪烁体-光纤系统时间响应波形,与实验结果相比较,两者基本吻合。     

闪烁光激励下大芯径阶跃光纤系统的时间响应研究

 引入材料色散和漏泄模式光线的传输效应,对D. Gloge多模光纤脉冲响应公式进行修正,利用修正后公式数值计算了在闪烁光激励下纤芯半径为0.1 mm、长50 m的石英阶跃光纤的冲击响应波形,该波形近似一高斯函数,半高宽为3 ns,前沿比后沿慢0.8 ns,且后沿存在拖尾。用该响应波形通过数值方法得到了闪烁体-光纤系统时间响应波形,与实验结果相比较,两者基本吻合。     

纤芯圆对称分布多芯光纤的耦合特性

通过将标准单芯单模光纤与纤芯圆对称分布的多芯光纤的一个纤芯对准熔接后,再在多芯光纤任意位置进行热熔融拉锥,实现多芯光纤光功率的高效耦合注入和光功率在各个纤芯中分布比例的控制,解决了由于多芯光纤结构的特殊性引起的光源光功率难于直接注入的问题。基于光纤耦合模理论建立多芯光纤各纤芯之间的耦合模方程,得到各个纤芯中光功率与耦合长度之间的关系曲线,并与实际耦合实验结果对比,验证该方法可行。研究结果可为多芯光纤光学器件的发展提供潜在的应用价值。     

弱耦合多芯光纤芯间串扰分布特性

基于功率耦合理论,对多芯干涉弱耦合多芯光纤(MCF)传输系统的光信号功率和芯间串扰(ICXT)特性进行了详细的研究,推导出相应条件下光信号功率及ICXT的解析表达式。研究发现,经过长距离的纵向传输之后,各纤芯中的光信号功率都将达到一个动态平衡的状态,并且提出了动态平衡归一化功率的计算公式。在多芯干涉MCF传输系统中,不同入射纤芯对耦合纤芯串扰的贡献是不相关的,耦合纤芯中ICXT的分布可以看成是多个双芯单输入ICXT分布的累加。基于串扰分布累加的特性,得到了多个经推广后的串扰评估数学模型,完善了多芯干涉情况下ICXT的分析理论,这可为该情形提供良好的理论分析工具。     

基于非球面透镜的空间光场光纤耦合系统研究

针对全光纤激光雷达中空间光场与单模光纤的耦合问题,设计了基于非球面透镜的望远镜光纤耦合系统.利用ZEMAX软件以单模光纤耦合效率为优化目标对其结构参量进行优化设计,然后分别用LED和激光器作为光源进行初步实验,比较直接耦合和非球面透镜耦合效果.实验结果表明,采用非球面透镜耦合可使多模光源的耦合效率比直接耦合增加约47%,与仿真结果45%非常接近,且不同芯径耦合光功率之比大略等于芯径比平方;而该耦合方式可使单模光源的耦合效率增加约20%,且耦合进不同小芯径光纤的耦合效率之比约为其芯径比平方的2.4倍,这对构建全光纤转动喇曼激光雷达系统具有重要意义.     

基于非球面透镜的空间光场光纤耦合系统研究

针对全光纤激光雷达中空间光场与单模光纤的耦合问题,设计了基于非球面透镜的望远镜光纤耦合系统.利用ZEMAX软件以单模光纤耦合效率为优化目标对其结构参量进行优化设计,然后分别用LED和激光器作为光源进行初步实验,比较直接耦合和非球面透镜耦合效果.实验结果表明,采用非球面透镜耦合可使多模光源的耦合效率比直接耦合增加约47％,与仿真结果45％非常接近,且不同芯径耦合光功率之比大略等于芯径比平方;而该耦合方式可使单模光源的耦合效率增加约20％,且耦合进不同小芯径光纤的耦合效率之比约为其芯径比平方的2.4倍,这对构建全光纤转动喇曼激光雷达系统具有重要意义.     

扩芯光纤原理及其在光器件耦合中的应用

介绍了两种可以增大单模光纤模场直径并出射准直平行光束的扩芯光纤(ECF)的原理和制作方法。分析了单模光纤熔接渐变折射率多模光纤法通过改变渐变折射率多模光纤的长度和自聚焦参量实现模场扩大缩小的原理,制作的扩芯光纤模场直径扩大到16．6μm,出射光束平行效果较好,轴向耦合容限比单模光纤扩大了近6倍。加热扩芯光纤则是通过控制加热温度和加热时间直接使单模光纤掺杂物质发生扩散,从而实现扩束和光束准直,模场直径达到15．4μm,横向、轴向耦合容限都比单模光纤有很大提高。因此扩芯光纤可以简化单模光纤的耦合对准过程,用来制作新型的单模光纤或掺铒光纤连接器,也可以用于其它光器件中与单模光纤的准直。