光子晶体光纤的特性及其应用于光纤激光器中的研究

【摘要】： 由于具有许多奇异的特性和灵活的结构设计等特点,可以制作大模场面积和大数值孔径的光纤,光子晶体光纤在光纤激光器领域具有广阔的应用前景。随着光纤激光器能量的不断提高,如何设计光子晶体光纤和解决光纤激光器中的关键技术问题,对光纤激光器的发展具有非常重大的意义。本文针对此问题进行了理论研究和数值计算,主要内容概括如下： 利用有限元分析软件对光子晶体光纤的有效折射率、有效模面积、非线性、色散和损耗等特性进行了深入研究,分析了孔间距、空气孔填充比及纤芯形状等参数对光子晶体光纤特性的影响。基于以上的研究设计出了一种高双折射低损耗大模场面积的光子晶体光纤结构。研究了多芯光子晶体光纤的耦合特性,分析了不同空气孔填充比和空气孔中填充物质时对模式场和远场光斑的影响,比较了单芯与多芯光子晶体光纤的有效模面积和远场光斑质量,为光子晶体光纤的相干组束提供了理论依据。 本文还深入研究了光子晶体光纤激光器中的关键技术。对具有高耦合效率的透镜耦合系统进行了理论计算、软件仿真与实验研究。利用光束传播法,研究了光纤光栅谐振腔中光子晶体光纤光栅的特性,重点分析了光栅结构参数和空气孔中填充物质对光子晶体光纤光栅的影响。另外,利用有限元分析软件对光子晶体光纤的温度场分布进行了仿真计算,并通过研究在改变光子晶体光纤结构和外部散热条件时对光纤端面温度分布的影响,提出了一种新的散热方式,为降低高功率下光子晶体光纤的温度提供了有效途径。