當(dāng)面向高功率徑向偏振場激光的產(chǎn)生和傳導(dǎo)時(shí),在光纖內(nèi)實(shí)現(xiàn)高的模式區(qū)分度與大的模場面積一直是核心的技術(shù)挑戰(zhàn)�；诖�,提出一種全新的徑向偏振場光纖設(shè)計(jì)方案,通過在纖芯內(nèi)部引入圓對(duì)稱的徑向分布熱應(yīng)力場,使得纖芯內(nèi)形成徑向雙折射效應(yīng),有效打破常規(guī)光纖中偏振模式之間的簡并,使TM₀₁模、TE₀₁模和HE₂₁模的有效折射率差為10^-4量級(jí),從而將TM₀₁徑向偏振模區(qū)分出來。同時(shí),此類徑向偏振場光纖更易實(shí)現(xiàn)TM₀₁模場的大模面積設(shè)計(jì)。 

【文章來源】：中國激光. 2020,47(01)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

RPF光纖結(jié)構(gòu)

圖2是以圖1的結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ),考察摻雜物質(zhì)濃度和纖芯結(jié)構(gòu)對(duì)模式退簡并的影響,圖中每一條曲線都是通過用控制變量法單獨(dú)研究其中一個(gè)變量得到。在圖2中,x、y、z三個(gè)箭頭標(biāo)明三個(gè)坐標(biāo)軸的方向,其中x軸表示core2的直徑(整個(gè)纖芯的直徑,可在拉絲中改變光纖直徑來控制,且core2的直徑與包層直徑具有固定比例1\:10),z軸表示模式間的有效折射率差Δneff,而y軸是主要考察變量。其中圖2(a)考察的是core1中GeO2的摩爾分?jǐn)?shù)(y軸)對(duì)模式退簡并的影響,GeO2主要用于調(diào)整core1區(qū)域的折射率,從而調(diào)控模場分布;圖2(b)考察的是纖芯結(jié)構(gòu)對(duì)模式退簡并的影響,纖芯結(jié)構(gòu)被定量為core1與core2 的直徑之比D′(y軸),纖芯結(jié)構(gòu)的變化既可調(diào)控模場分布又可調(diào)控雙折射分布。圖2中方形標(biāo)記曲線為HE11模與TM01模的有效折射率差,圓形標(biāo)記曲線為TM01模和HE21模的有效折射率差,三角形標(biāo)記曲線為HE21模與TE01模的有效折射率差。圖2中點(diǎn)劃線網(wǎng)格表示Δneff為1×10-4的平面,曲線在平面以上部分即為滿足模式退簡并的標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)先設(shè)定core1中B2O3的摩爾分?jǐn)?shù)為17.5%,用于提供較大的熱應(yīng)力,預(yù)先設(shè)定core2中GeO2的摩爾分?jǐn)?shù)為1.18%,初步確定光纖的NA水平,RPF光纖內(nèi)GeO2的摩爾分?jǐn)?shù)相比于高折射率差環(huán)形纖芯光纖已是大大降低,因此其NA遠(yuǎn)低于高折射率差環(huán)形纖芯光纖。此外圖2(a)預(yù)先設(shè)定D′為0.56,圖2(b)預(yù)先設(shè)定core1中GeO2的摩爾分?jǐn)?shù)為7%,通過圖2發(fā)現(xiàn),當(dāng)core1中GeO2的摩爾分?jǐn)?shù)被設(shè)置為7%,即圖2(a)虛線所標(biāo)位置,且D′為0.56時(shí),即圖2(b)虛線所標(biāo)位置是最優(yōu)化的取值,TM01-HE21的有效折射率差都接近極大值。此條件下,core2的直徑即便在15～25 μm大范圍內(nèi)取值時(shí),各模式間的有效折射率差都大于1×10-4,因此在本方案中支持實(shí)現(xiàn)TM01模的大模面積設(shè)計(jì)。依據(jù)上述最優(yōu)化設(shè)計(jì)條件,將RPF光纖的參數(shù)選取為:core1的直徑為11.2 μm,core2的直徑為20 μm(即D′為0.56),包層直徑為200 μm;core1中B2O3、GeO2、SiO2的摩爾分?jǐn)?shù)比例為17.5\:7\:75.5,core2中摻GeO2的摩爾分?jǐn)?shù)為1.18%。下面對(duì)此參數(shù)下RPF光纖進(jìn)行計(jì)算以更直觀地獲得光纖的特性,計(jì)算結(jié)果如圖3、圖4和表1所示。

圖3為在1030 nm處RPF光纖的折射率分布和圓對(duì)稱熱應(yīng)力場所導(dǎo)致的應(yīng)力雙折射分布。其中,圖3(a)為光纖的折射率分布,實(shí)線為徑向折射率分布nr,虛線為角向折射率分布nθ,點(diǎn)劃線為軸向折射率分布nz;圖3(b)為TM01模的模場分布(虛線)與雙折射分布(實(shí)線,即nr-nθ)�？梢奣M01模的模場分布與介質(zhì)雙折射分布的重疊區(qū)大,且位于大的雙折射值范圍之內(nèi),顯然有利于TM01模與其他模式的退簡并。圖4(a)為光纖在1 μm波段的模式有效折射率差,各模式間的有效折射率差都滿足大于1×10-4的要求。在1030 nm處的模式分布如圖4(b)所示,圖中箭頭表示電場矢量分布,其中TM01模、HE21模和TE01模的有效模場面積分別為369,370,386 μm2。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Improving the sensitivity of fiber-optic SPR sensor via radially polarized beam excitation[J]. 閻杰,魯擁華,王沛,顧春,鄭榮升,陳勇,明海,詹其文.  Chinese Optics Letters. 2009(10)
[2]熔錐型熊貓光纖耦合器的傳輸特性分析[J]. 吳宇列,鄭煜,李圣怡,王金娥.  光學(xué)學(xué)報(bào). 2007(06)

博士論文
[1]熊貓保偏光纖結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制備工藝及性能研究[D]. 童維軍.華中科技大學(xué) 2006



本文編號(hào)：3262299