具有七芯结构及带隙特性的掺镱光子晶体光纤的研究

【摘要】： 高功率激光器在激光切割、激光焊接和激光武器等领域里具有广泛的应用前景,高功率激光器的研制越来越受到各国政府的重视。由于受到纤芯面积和非线性效应等因素的限制,单芯光纤激光器的输出功率有限。因为光子晶体光纤可以同时保持大的模场面积和单模传输,而且容易实现多芯排列,有望得到高功率和高光束质量的激光输出,本文对七芯和带隙掺镱光子晶体光纤进行了以下研究。 首先,根据七芯光子晶体光纤的七个超模特征,给出了七芯光子晶体光纤耦合长度的一种计算方法,揭示了七芯光子晶体光纤的七个超模与耦合特性之间的内在联系。利用有限差分光束传播法分析了七芯光子晶体光纤的耦合特性;还分析了七芯光子晶体光纤的横向不均匀性、纵向不均匀性、位置偏移等因素对其耦合特性的影响,为合理设计七芯掺镱光子晶体光纤的结构提供了理论依据。 其次,要提高七芯掺镱光子晶体光纤激光器的输出功率,必须要增大七芯掺镱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具有同相位。因此本文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掺镱光子晶体光纤,其有效模场面积高达3 703μm2 ,耦合长度仅为13 310μm。 最后,利用全矢量平面波展开法,对用掺镱材料作为包层的光子带隙型光子晶体光纤进行了模拟计算,通过分析结构参数对带隙位置和特性的影响,设计了一种带隙在976 nm附近的带隙光子晶体光纤,为提高泵浦效率提供了一种新的方法。