大模場反折射率增益導(dǎo)引光纖激光器件的理論及實驗研究.pdf

1、本文采用反折射率增益導(dǎo)引光纖技術(shù)方案實現(xiàn)大模場單模光纖激光輸出。全文詳細(xì)闡述反折射率增益導(dǎo)引光纖的增益導(dǎo)模原理、單模工作條件，并對模式特性進(jìn)行詳細(xì)研究，分析了對應(yīng)光纖放大器的功率放大特性，及其對應(yīng)光纖激光器的單模工作原理。通過設(shè)計實驗平臺，優(yōu)化實驗參數(shù)，驗證了其單模工作性能。研究內(nèi)容主要包括以下幾個部分：
　　1、根據(jù)復(fù)折射率增益導(dǎo)模原理，針對圓形和橢圓形截面的增益導(dǎo)引光纖，在復(fù)數(shù)域內(nèi)求解復(fù)折射率波動方程和色散方程，分析增益導(dǎo)引光

2、纖模式工作特點和色散特性，得到其大模場單模工作條件，并計算相應(yīng)的等效模場面積；
　　2、將反折射率增益導(dǎo)引光纖應(yīng)用到放大器模型中，根據(jù)能級速率方程和單向功率傳輸方程，針對左端泵浦、右端泵浦、雙端泵浦、側(cè)面泵浦四種泵浦方式，采用光束追擊法和Runge-Kutta數(shù)值計算方法，求解功率放大方程，分析反折射率增益導(dǎo)引光纖放大器的增益放大能力和光纖參數(shù)（長度、芯徑、數(shù)值孔徑等）相互關(guān)系，優(yōu)化設(shè)計參數(shù)，完成光纖放大器模型的理論分析；

3、　　3、將反折射率增益導(dǎo)引光纖應(yīng)用到激光器模型中，根據(jù)能級速率方程和諧振腔功率傳輸方程，針對側(cè)面泵浦方案，采用迭代的光束追擊法和Runge-Kutta數(shù)值方法，求解激光模式的振蕩過程，各橫模發(fā)生模式競爭，最低階LP01單模產(chǎn)生激光振蕩，從而得到該種光纖激光器大模場單模振蕩條件，并分析激光的輸出功率、斜率效率與光纖參數(shù)（長度、芯徑、數(shù)值孔徑等）和諧振腔參數(shù)的相互關(guān)系，優(yōu)化激光器的設(shè)計參數(shù)，完成大模場激光器單模工作特性的理論分析；
　

4、　4、針對反折射率增益導(dǎo)引光纖的彎曲變形，采用保角變換數(shù)學(xué)方法，對彎曲光纖進(jìn)行數(shù)學(xué)等效，成為折射率漸變的直光纖數(shù)學(xué)模型，對等效直光纖進(jìn)行數(shù)值求解，研究反折射率增益導(dǎo)引光纖的彎曲模式畸變，并求得彎曲模式損耗；
　　5、根據(jù)反折射率增益導(dǎo)引光纖激光器的模式競爭原理和單模工作特性，搭建側(cè)面泵浦光纖激光器實驗平臺，驗證反折射率增益導(dǎo)引光纖的大模場單模工作特性。分析光纖激光器的熱動力學(xué)過程和熱致溫度變化，優(yōu)化實驗系統(tǒng)參數(shù)，最終實現(xiàn)100μm