2 μm摻銩光纖激光器由于具有更寬的調(diào)諧光譜,因此在窄線寬高功率輸出方面具有更大的優(yōu)勢(shì),在塑料材料的激光焊接、切割等領(lǐng)域也有著重要的作用。由于受激布里源散射(Stimulated Brillouin Scattering,SBS)、受激拉曼散射(Stimulated Raman Scattering,SRS)、交叉相位調(diào)制等非線性效應(yīng)的影響,目前光纖激光器獲得高功率窄線寬的輸出還較為困難[1]。由于光纖的非線性效應(yīng)與光纖的模場(chǎng)面積成反比,模場(chǎng)面積越大,非線性閡值越高[2],因此大模場(chǎng)摻銩光纖能夠有效提升光纖激光器的輸出功率及光纖放大器的轉(zhuǎn)換效率。本文設(shè)計(jì)了一種具有較大模場(chǎng)面積的摻銩光纖,將其應(yīng)用到光纖放大器中,并對(duì)放大器的特性進(jìn)行了理論及仿真分析。論文主要工作如下:(1)針對(duì)非均勻布拉格光纖(Irregular Bragg Fiber,IBF)結(jié)構(gòu),對(duì)其模場(chǎng)分布進(jìn)行了理論分析,研究了 IBF的6種結(jié)構(gòu)。通過對(duì)光纖進(jìn)行仿真,從光纖的半徑及折射率兩個(gè)角度來研究不同光纖結(jié)構(gòu)對(duì)模場(chǎng)面積的影響,從而選出具有最優(yōu)模場(chǎng)面積的光纖結(jié)構(gòu)。(2)根據(jù)所設(shè)計(jì)光纖結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),具體分析光纖參數(shù)對(duì)模場(chǎng)面積的影響并進(jìn)行參數(shù)優(yōu)化,主要是纖芯半徑,折射率差,各層半徑厚度比這三個(gè)參數(shù),最后實(shí)現(xiàn)了模場(chǎng)面積為719 μm2的大模場(chǎng)摻銩光纖。根據(jù)光纖參數(shù),分析所設(shè)計(jì)光纖的彎曲損耗及穩(wěn)定性,結(jié)果表明所設(shè)計(jì)光纖具備實(shí)用價(jià)值。(3)根據(jù)銩離子能級(jí)結(jié)構(gòu)特性,建立了 793 nm波長泵浦方式下的大模場(chǎng)摻銩光纖放大器理論模型�？紤]摻銩光纖放大器的輸出功率及放大器效率和SBS效應(yīng),利用設(shè)計(jì)的摻銩大模場(chǎng)光纖結(jié)合放大器理論模型進(jìn)行仿真模擬。(4)通過與普通階躍光纖進(jìn)行對(duì)比,分別研究兩種模場(chǎng)面積下光纖長度、放大器泵浦功率與輸出功率的關(guān)系。當(dāng)使用793 nm波長泵浦,泵浦光功率為100 W,Tm3+濃度為4.0X 1025m-3時(shí),所設(shè)計(jì)的大模場(chǎng)面積光纖與普通階躍光纖相比,轉(zhuǎn)換效率提高5%,達(dá)到40%,輸出功率為41.08 W。結(jié)果表明,大模場(chǎng)摻銩光纖能夠有效提升摻銩光纖放大器輸出效率,并且整個(gè)放大器系統(tǒng)具有較高的穩(wěn)定性。
【學(xué)位單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN253
【部分圖文】：

導(dǎo)致還難以工業(yè)化生產(chǎn)，也不利于大規(guī)模的商業(yè)使用，因此目前仍然處于實(shí)驗(yàn)??室研宄階段。??Ｂｒａｇｇ光纖結(jié)構(gòu)也能實(shí)現(xiàn)大模場(chǎng)面積光纖特性，如圖１－１所示其具有高低交錯(cuò)??的折射率結(jié)構(gòu)，芯區(qū)可以為空心或者實(shí)心的較低折射率介質(zhì)，當(dāng)光纖外包層折射率??與厚度滿足條件時(shí)，光纖通過包層中周期性的高低折射率層的Ｂｒａｇｇ反射實(shí)現(xiàn)光??的傳輸，通過合理的參數(shù)設(shè)計(jì)，在要求的傳輸波段中，Ｂｒａｇｇ光纖中巧＾模的損耗??比其他模式更低，這樣經(jīng)過光纖傳輸，光纖中將僅存在基模，而其余的模式則被消??耗了，因此其單模工作波長很寬，同時(shí)，通過對(duì)高低折射率和光纖厚度等相關(guān)參數(shù)??的調(diào)整，可以實(shí)現(xiàn)具有較大模場(chǎng)面積的摻雜光纖［２（）］。??藝?，???????ｒ２?ｒｉ?ｒＡ?ｒＳ?ｒ６?ｒｉ??圖１－１?（ａ）布拉格光纖橫截面結(jié)構(gòu)（ｂ）布拉格光纖徑向折射率分布??Ｆｉｇ．?１－１?（ａ）?Ｓｅｃｔｉｏｎ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?Ｂｒａｇｇ?ｆｉｂｅｒ?（ｂ）?Ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ?ｉｎｄｅｘ?ｒａｄｉａｌ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?Ｂｒａｇｇ?ｆｉｂｅｒ??需要說明的是

１．２．１摻銩光纖放大器研究意義??ＭＯＰＡ結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要包括兩部分，即產(chǎn)生種子源的激光器和對(duì)激光功率進(jìn)行??放大的光纖放大器，同時(shí)功率放大器部分也可以視情況來選擇相應(yīng)的級(jí)數(shù)，如圖１－??２所示，通過把種子光和泵浦光耦合進(jìn)放大器的增益光纖內(nèi)，使得種子光得到放大，??能夠得到高功率的激光輸出。整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)于種子源的輸出功率要求不高，只需??要能夠連續(xù)穩(wěn)定輸出窄線寬的激光即可。而對(duì)于放大器部分，則要求能夠輸出高光??束質(zhì)量，具有較高功率的信號(hào)光，因此需要所設(shè)計(jì)的大模場(chǎng)摻銩光纖具備優(yōu)良的性??能。??Ｐｒｅ－ａｍｐｌｉｆｉｅｒ?Ｍａｉｎ－ａｍｐｌｉｆｉｅｒ??Ｉ?Ｉ??ｉ?ｉ??ｉ?Ｐｕｍｐ?ｉ?Ｐｕｍｐ??ｉ?ｉ??ｉ?ｉ??ｉ?ｉ??ｉ?ｉ??ｉ?ｉ??ｉ?ｉ??ｉ?ｉ??ｉ?ｉ??圖１－２?ＭＯＰＡ結(jié)構(gòu)示意圖??Ｆｉｇ．?１－２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ?ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ?ｏｆ?ＭＯＰＡ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??光纖放大器由于能夠得到更高的功率，應(yīng)用廣泛，如在激光倍頻上，也就是通??過非線性效應(yīng)光纖放大器，根據(jù)強(qiáng)激光作用下的二次非線性效應(yīng)，使得入射的基頻??５??

北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文?大模場(chǎng)摻銩光纖放大器的理論分析??層的厚度等并沒有過多限制。圖２－１為ＩＢＦ結(jié)構(gòu)示意圖。??（？）??ｎ．???ｌｉｉｌｌｌｌ；?；：：；?ｆｆｌ－ｔ?Ｗｉ?；?：?：?：?Ｊｌｌｌｌｌｉｉｉ???圖２－１?（ａ）?ＩＢＦ橫截面結(jié)構(gòu)示意圖（ｂ）?ＩＢＦ徑向折射率分布??Ｆｉｇ．?２－１?（ａ）?ＩＢＦ?ｃｒｏｓｓ?ｓｅｃｔｉｏｎａｌ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?（ｂ）?ＩＢＦ?ｒａｄｉａｌ?ｒｅｆｒａｃｔｉｖｅ?ｉｎｄｅｘ?ｐｒｏｆｉｌｅ??理想的ＩＢＦ，是一種圓對(duì)稱光波導(dǎo)并且其縱向橫向均勻分布。傳輸?shù)墓鈭?chǎng)可以??如下表示［３２］：??＿?（ｘ，ｙ，ｚ，ｔ）＝?＿?（ｒ）ｅｘｐ〇ｗ＾）ｅｘｐ〇＇／？ｚ）ｅｘｐ（－７ｆｔ＞〇?（２－３）??／？為波導(dǎo)傳輸常數(shù)，ｍ對(duì)應(yīng)貝塞爾方程的階數(shù)，ｃｏ為真空中角頻率，ｃｐ為初相角，??通過標(biāo)量近似法來對(duì)光纖模式的分布進(jìn)行求解，取橫向場(chǎng)分量為ｅ／ｒ，的，在極坐??標(biāo)系下，ＩＢＦ每層中都滿足該層上的貝塞爾方程：??ｄ２ｅｖ?１?ｄｅｖ?．?－?．?ｍ２??￣ｐｒ?＋?一－Ｔ￣?＋?ｉＫｎｉ?￣Ｐ?—Ｔ＾ｅｙ?￣?＾?（２－４）??ｄｒ?ｒ?ｄｒ?ｒ??式（２－４）中，Ａ：０＝２；ｒ／Ａ，表示某個(gè)波長；ｌ在真空中傳播的波數(shù)；ｍ對(duì)應(yīng)貝塞爾??方程的階數(shù)。橫向場(chǎng)分布可以表不為：??ＫＵｉ＞Ｐｍ，?（２－５）??＼（ａｉＪｍ?（Ｗ）?＋?ｂ
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2839395