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双包层光纤激光器受激布里渊散射和复合导引效应的理论研究

张韶冬  
【摘要】: 本文以提高双包层光纤激光器的输出激光功率为目的,研究了限制输出激光功率的受激布里渊散射和可以提高纤芯直径的增益导引技术。 在速率方程和耦合方程的基础上,根据双包层光纤激光器中受激布里渊散射的理论模型,采用打靶法并结合龙格库塔法等数值计算方法进行求解,得到了输出激光功率、入射口斯托克斯光功率和输入泵浦功率的关系,以及纤芯直径、光纤长度、掺杂浓度和最大输出激光功率的关系,并分析了受激布里渊散射对双包层光纤激光器最大输出激光功率的影响,发现增大纤芯直径可以显著地抑制受激布里渊散射并提高最大输出激光功率。 由于折射率导引光纤所达到的模场直径已经不能满足高功率光纤激光器的要求,本文对可以显著提高光纤激光器模场直径的增益导引技术进行了探讨。利用复合导引光纤结构的复折射率和复归一化频率,在传统折射率导引光纤的波动理论分析模型的基础上,讨论了复合导引光纤中的模式传输特性,利用割线法求解了复合导引光纤的特征方程,得到了复合导引光纤的单模传输条件,并对几种特殊情况进行了详细讨论。 在研究了单模传输条件之后,本文进一步研究了复合导引光纤对基模的束缚能力,即LP_(01)模的模式束缚因子。本文从模式束缚因子的定义式出发,由坡印廷定理和LP_(01)模场的表达式,得到了LP_(01)模的模式束缚因子的计算公式,通过数值求解,得到了复合导引光纤、纯折射率导引光纤以及纯增益导引光纤中LP_(01)模的模式束缚因子与归一化频率的关系,分析表明,虽然纯增益导引光纤中LP_(01)模的模式束缚因子比纯折射率导引光纤小,但仍然对LP_(01)模具有很强的束缚能力。


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