高功率大模場(chǎng)光纖的光傳輸放大特性研究.pdf

1、為了克服非線性效應(yīng)、光學(xué)損傷等物理因素對(duì)光纖激光功率擴(kuò)展帶來(lái)的限制，目前普遍采用大模場(chǎng)光纖來(lái)突破這些限制。但隨著光纖芯徑的增大，又會(huì)激發(fā)高階模造成激光光束質(zhì)量的下降，且橫向模式也會(huì)影響小寬帶脈沖的光譜和時(shí)間波形，因此獲得高功率、高光束質(zhì)量的保真脈沖輸出是大模場(chǎng)光纖激光系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。
　　本論文圍繞大模場(chǎng)光纖的橫向模式特性對(duì)小寬帶脈沖的時(shí)譜特性及輸出的近場(chǎng)分布影響展開理論和實(shí)驗(yàn)研究。首次論證了橫向模式干涉效應(yīng)對(duì)相位調(diào)制脈沖幅頻效應(yīng)

2、的影響，研究了小寬帶脈沖及模場(chǎng)的傳輸放大特性。以此為依據(jù)，設(shè)計(jì)了mJ級(jí)近基模輸出的全光纖放大系統(tǒng)。
　　首先，研究了大模場(chǎng)無(wú)源光纖中模場(chǎng)分布的解析及數(shù)值求解方法，基于這種理論模型得出了有源光纖在增益小于100dB/m的情況時(shí)模場(chǎng)分布可以近似為無(wú)源光纖的本征模場(chǎng)分布，基于模場(chǎng)傳輸及分布特性建立了橫向模式干涉的理論模型。
　　首次研究了大模場(chǎng)光纖放大器中模間干涉效應(yīng)對(duì)近場(chǎng)分布及對(duì)相位調(diào)制脈沖時(shí)譜特性的影響。在大模場(chǎng)光纖放大器的輸

3、出端面，不同波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)模式間的相位差不同且高階模式在不同端面位置處的偏振不同，多個(gè)模式干涉后造成光纖端面不同位置處的光譜傳遞函數(shù)不同，使得光纖輸出的相位調(diào)制脈沖具有時(shí)空分布特性，由于模式正交性，光纖整個(gè)端面輸出的脈沖調(diào)制度的統(tǒng)計(jì)結(jié)果為零。首次分析了甚多模模間干涉效應(yīng)對(duì)相位調(diào)制脈沖時(shí)譜特性的影響，得出模式數(shù)量越多，光譜傳遞函數(shù)的調(diào)制周期越小，對(duì)相位調(diào)制脈沖的幅頻效應(yīng)影響越大。這種結(jié)果對(duì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量具有有益的指導(dǎo)作用，對(duì)小寬帶保真?zhèn)鬏敺糯蟮娜饫w

4、系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了更高的模式控制的要求。
　　結(jié)合速率方程和Ginzburg-Landau方程，分析了寬帶脈沖放大過(guò)程中的時(shí)譜特性的變化情況，得出造成脈沖畸變的主要因素為增益飽和效應(yīng)，這可以通過(guò)脈沖預(yù)整形或采用高斯脈沖有效抑制，而其增益不均勻性對(duì)相位調(diào)制脈沖幅頻效應(yīng)影響不是很大，約為3％。理論計(jì)算結(jié)果顯示信號(hào)光的功率放大到數(shù)MW的高功率后，高功率激光會(huì)造成模場(chǎng)畸變和自聚焦特性，且高階模并不能提高光纖的自聚焦閾值。
　　針對(duì)階躍