梳状大模场光纤结构的优化设计

通过在周期性梳状折射率结构的最外层增加一个高折射率平台的方法,对梳状折射率分布大模场光纤的波导结构进行了优化,使其在模场面积、模场分布及抗弯曲性能方面都有明显提升。模拟研究结果表明,与已有单一梳状折射率分布的光纤相比,优化后的大模场光纤的模场面积提高了700 m2以上,且在相同弯曲半径下,基模弯曲损耗由6 dB/m降低为0.1 dB/m。此外,通过对最外层高折射率平台的参数进行调制可实现不同的模场分布,包括高斯分布、平坦化分布和环状分布,满足特殊激光加工工业的应用需求。     

全固态大模场光子晶体光纤的研究

光纤激光器相较于传统激光器拥有巨大优势。为了研制具有更佳输出特性的光纤激光器,文章提出一种全固态掺镱正方晶格光子晶体光纤,利用全矢量有限元法对光纤结构和特性进行模拟。通过规划缺陷位置、优化掺入氧化硼的介质柱尺寸,使该光纤在1.06μm处基模模场面积达到4 405μm2,可满足单模传输条件并且具有低弯曲损耗特性,在弯曲半径!8cm时仍可以单模传输。该光纤可以在高功率光纤激光器中作为增益光纤使用。     

大模场光子晶体光纤研究进展

大模场光子晶体光纤具有无截止单模运转和大模场面积特性,可以克服由激光功率密度过高引起的非线性效应对高功率系统尤其是超快脉冲系统的限制。近年来它在高功率光纤激光器、高功率光纤放大器、高功率能量传输以及高灵敏度传感器等领域引起广泛关注。回顾了大模场光子晶体光纤的研究历程,从大模场光子晶体光纤的特征参数、结构设计方法和应用热点等方面总结了大模场光子晶体光纤的研究现状,最后对其发展前景进行了展望。     

用大模场光子晶体光纤获得高功率飞秒激光

最近许多实验结果表明掺Yb光纤在提高输出功率方面还有很大潜力,而且由于大模面积光子晶体光纤的使用,飞秒光纤激光器的输出已经可以与传统飞秒固体激光器相比拟。报道了利用掺Yb的保偏型大模面积光子晶体光纤进行锁模和放大方面取得的实验结果,光子晶体光纤振荡级输出重复频率为51 MHz,脉冲宽度为450 fs,平均功率为2 W的飞秒激光,对应单脉冲能量40 nJ;同时利用国产双包层大模面积光纤进行了放大实验,在平均功率为毫瓦量级的种子光脉冲输入情况下,获得了103增益。     

大模场低损耗光子晶体光纤的研究与设计

为了改善高功率光纤激光器的非线性效应,提出并设计了一种新型的无源、单模、低损耗、大模场的光子晶体光纤结构.利用时域有限差分法并结合完美匹配层边界条件,分析了光子晶体光纤有效模场面积的影响因素,得到光子晶体光纤性能随波长及几何结构的变化规律,从而得到实现更大模场面积的结构参量.结果表明,保证单模传输的情况下,在1.064...     

大模场掺铥光纤增益特性研究

为了进一步提升光纤激光器的输出功率,采用大模场面积掺铥光纤来抑制非线性效应,利用非均匀布喇格掺铥光纤结构,通过优化参量,在满足单模传输条件下获得模场面积为719μm2的大模场面积光纤。基于此光纤建立了793nm波长抽运下大模场掺铥光纤放大器理论模型。由于大模场面积光纤能降低光功率密度,抑制Stokes光功率,因此该种光纤放大器在高抽运功率下相比普通单模光纤放大器能够得到更大的输出功率。结果表明,当抽运光功率为100W时,所设计大模场面积光纤与普通单模光纤相比,转换效率提高5%,达到40%,输出功率达到41.01W。以上研究对于实际掺铥光纤放大器的设计有重要应用价值。     

大模场单模增益光纤的研究进展

高功率光纤激光器的发展面临着各种非线性效应和输出模式和功率不稳定等技术瓶颈,而大 模场单模光纤被认为是解决该类问题的主要手段。 本文系统总结了各种典型的大模场单模增益光纤,阐述了各种光纤的 结构特点以及实现原理,重点分析 了光纤的模场面积、输出功率、抗弯曲特性、激光光束质量和制备难度等几项关键指标。最 后介绍了作者最新设计的新型异质包层螺旋侧漏大模场 单模光纤结构模型及其实现路径,该光纤芯径在50～200μm范围内 具有可调控性,且制备相对简单,有望成为大模场单模光纤 发展的一个新的方向。     

掺镱大模场光子晶体光纤研究进展（特邀）

掺镱大模场光子晶体光纤在高峰值功率超快激光放大器中有着重要的应用价值,其研究得到了广泛关注。首先简要介绍了国内外掺镱大模场光子晶体光纤的研究进展,阐述了掺镱大模场光子晶体光纤的基本设计思路,对比说明了保偏型掺镱光子晶体光纤的设计制备方法。重点介绍了近十年来中国科学院上海光学精密机械研究所在掺镱大模场光子晶体光纤方面的研究进展。包括掺镱大模场光子晶体光纤的纤芯折射率大小和均匀性控制、光子晶体光纤微结构控制等关键技术。采用自主研制的四种芯径为40～100μm的掺镱大模场光子晶体光纤开展了皮秒脉冲激光放大实验。利用40μm芯径的保偏掺镱光子晶体光纤实现了平均功率为100 W、光束质量因子（M2）小于1.4的稳定输出,偏振消光比为12 dB。利用100μm芯径的保偏掺镱大模场光子晶体光纤实现了M2小于1.5的高光束质量脉冲放大。上述研究为掺镱大模场光子晶体光纤的国产化应用奠定了基础。     

大模场光子晶体光纤中超连续谱的产生与控制

探索利用大模场光子晶体光纤产生大功率、高光束质量的超连续谱。采用分步傅里叶方法求解广义非线性薛定谔方程(GNLSE), 模拟了光脉冲在大模场光子晶体光纤中非线性传输和超连续谱的产生过程。着重分析了光子晶体光纤长度和抽运脉冲的峰值功率、啁啾等对超连续谱产生的影响, 讨论了大模场光子晶体光纤中光谱的非线性展宽机制。发现可将超连续谱产生过程分为初始展宽、剧烈展宽和饱和展宽三个阶段。合理选择光纤长度, 使产生的超连续谱处于剧烈展宽阶段时输出, 既能够得到较宽的光谱, 又能够保证较高的效率。抽运峰值功率对超连续谱的产生有重要影响, 当输入功率较小时, 脉冲的频谱成对称展宽, 仅有自相位调制(SPM)效应起作用, 其他高阶效应的影响都很弱。随着脉冲功率的增加, 频谱短波方向变化较小, 光谱向长波方向展宽。同时, 脉冲时域出现振荡调制, 振荡的起因与光波分裂现象有关。抽运光初始啁啾对超连续谱的产生也有重要影响。当啁啾为正时, 啁啾量的大小对产生超连续谱的影响较小, 蓝移方向基本没有影响, 而红移部分能量随着啁啾量的增大向长波方向转移, 超连续谱总的宽度变化较小; 当啁啾为负且满足一定条件时, 其中的非线性作用得到增强, 有利于光谱展宽。     

大芯区的单模光子晶体光纤

采用毛细玻璃管拼接并拉丝的方法试制成功光子晶体光纤样品 ,它由石英纤芯和周围呈六角形分布的两圈气孔组成 ,气孔直径 4 μm ,间距 17μm ,芯区直径 30 μm。理论模拟和光学实验均证实此光纤在 6 32 8nm以上的波长范围内为单模光纤     

大模场面积双包层光纤光栅模式特性研究

分析了在大模场面积双包层光纤(LMA-DCF)上刻写光栅的技术要求和难点,采用相位掩模法在20/400μm的LMA-DCF上刻写了高反射率光纤布拉格光栅。针对大模场光纤中存在高阶模的可能性,通过调整单模光纤(SMF)入射光场和LMA-DCF芯径的相对偏移量,对LMA-DCF光栅中的传输模式特性进行了理论分析和模拟计算,并在实验研究中测量了偏移量不同时光栅的反射谱,观测到了相应的LP01模和LP11模的模场光斑分布。对LMA-DCF光栅的几种光谱测试方法进行了对比研究,分析了各种方法的优缺点。研究结果将为LMA-DCF光栅在高功率激光系统中的应用提供依据和参考。     

大模场面积光纤激光器拉锥法模式选择

大模场面积(LMA)光纤激光器的光束质量通常比单模光纤激光器的光束质量差。采用光纤拉锥的方法进行模式选择,从而提高大模场直径光纤激光器的光束质量。拉锥区距光纤激光器的输出端约5 mm,纤芯最小为9μm,约为未拉锥部分纤芯直径26μm的1/3。实验研究表明,在拉锥后,光纤激光器的光束质量因子M2由3.50减小为1.81,相应的斜率效率由63.6%减小为51.1%。虽然拉锥后最大输出功率减少了约19.8%,但其亮度增大为拉锥前的3倍。     

高非线性光子晶体光纤与单模光纤低损耗熔接实验

在理论分析基础上,采用常规电弧放电熔接技术,在1550 nm波段对高非线性光子晶体光纤(PCF)与单模光纤(SMF)的熔接损耗机制进行了实验研究,指出模场失配是造成两者直接熔接损耗的主要因素;而熔接过程中因放电电流过大或放电时间过长所导致的光子晶体光纤的包层气孔形变以致塌陷,会引起超过10 dB的附加损耗。采用过渡光纤有效地缓解了两种光纤模场的失配;通过优化放电参数,有效地避免了光子晶体光纤包层气孔的塌陷,实现了高非线性光子晶体光纤和单模光纤的低损耗(<1 dB)熔接。     

一种新的光缆窃听系统研究

基于光纤弯曲辐射,提出了四步光缆窃听法,即"剥光缆,弯光纤,取信号,解信息"。通过推导光纤弯曲损耗公式和考察两类窃听影响因素,得出隐蔽窃听所需的光纤弯曲最佳曲率半径值。在此理论指导下,设计了窃听系统框架结构,并搭建了光纤窃听实验系统。经理论和实验证明:四步光缆窃听法具有可行性,且隐蔽性好、检测难度大。     

高功率密度光纤激光元器件传输特性测试系统

为了提高高功率密度下光纤激光元器件传输特性测量精度,采用基于光纤标准测试方法的双光路测量结构,设计了自动光功率比测量系统。对双光路系统的特点进行了理论分析和实验验证。利用固体微晶片激光器作为光源输出,建立了折射率匹配法传输特性测试仪实验装置,对掺镱双包层光纤的传输损耗特性进行了测量。实验中测得35m长掺镱双包层光纤对1064nm光的插入损耗为2.645dB,测得100组数据对应的标准偏差为0.026dB。并在不同的条件下进行了多次重复实验,重复测量误差不超过0.07dB。这一结果对于提高光纤激光元器件测试精度是有帮助的。     

一种双模大模场面积多芯光纤的设计和特性分析

提出了一种具有双模大模场面积的多芯光纤,建立了该多芯光纤的电磁场模型并采用有限元方法对其进行求解。基于该模型研究了光纤的模式特性和弯曲特性,系统分析了纤芯间距、纤芯半径和芯包折射率差对光纤模式特性和基模有效模场面积的影响。结果表明:通过引入空气孔并适当减少纤芯间距、纤芯半径和芯包折射率差,该光纤能实现严格的双模传输。保持双模传输时,通过增大纤芯间距,减小纤芯半径和芯包折射率差均有助于增大基模的模场面积。通过调整结构参数,在近似满足双模传输的条件下,光纤的基模模场面积在平直状态下可达到3155μm²。     

新型组合晶体光纤陀螺的构想

提出了一种新型结构的光纤陀螺 ,它将起偏器和两只定向耦合器集成在一块由两只光轴方向相互成 45°角胶合而成的冰洲石晶体上。同传统集成型光纤陀螺 (IFOG)相比 ,它具有结构简单、性能稳定、损耗小、体积小、成本低的特点。详细分析了它的工作原理 ,并给出了其信号检测方案