基于圓對稱徑向雙折射的徑向偏振場光纖
發(fā)布時間：2021-07-03 09:16
當面向高功率徑向偏振場激光的產生和傳導時,在光纖內實現(xiàn)高的模式區(qū)分度與大的模場面積一直是核心的技術挑戰(zhàn)�；诖�,提出一種全新的徑向偏振場光纖設計方案,通過在纖芯內部引入圓對稱的徑向分布熱應力場,使得纖芯內形成徑向雙折射效應,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,從而將TM01徑向偏振模區(qū)分出來。同時,此類徑向偏振場光纖更易實現(xiàn)TM01模場的大模面積設計。
【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光纖結構
圖2是以圖1的結構為基礎,考察摻雜物質濃度和纖芯結構對模式退簡并的影響,圖中每一條曲線都是通過用控制變量法單獨研究其中一個變量得到。在圖2中,x、y、z三個箭頭標明三個坐標軸的方向,其中x軸表示core2的直徑(整個纖芯的直徑,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的摩爾分數(shù)(y軸)對模式退簡并的影響,GeO2主要用于調整core1區(qū)域的折射率,從而調控模場分布;圖2(b)考察的是纖芯結構對模式退簡并的影響,纖芯結構被定量為core1與core2 的直徑之比D′(y軸),纖芯結構的變化既可調控模場分布又可調控雙折射分布。圖2中方形標記曲線為HE11模與TM01模的有效折射率差,圓形標記曲線為TM01模和HE21模的有效折射率差,三角形標記曲線為HE21模與TE01模的有效折射率差。圖2中點劃線網格表示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準。預先設定core1中B2O3的摩爾分數(shù)為17.5%,用于提供較大的熱應力,預先設定core2中GeO2的摩爾分數(shù)為1.18%,初步確定光纖的NA水平,RPF光纖內GeO2的摩爾分數(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遠低于高折射率差環(huán)形纖芯光纖。此外圖2(a)預先設定D′為0.56,圖2(b)預先設定core1中GeO2的摩爾分數(shù)為7%,通過圖2發(fā)現(xiàn),當core1中GeO2的摩爾分數(shù)被設置為7%,即圖2(a)虛線所標位置,且D′為0.56時,即圖2(b)虛線所標位置是最優(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大范圍內取值時,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現(xiàn)TM01模的大模面積設計。依據(jù)上述最優(yōu)化設計條件,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的摩爾分數(shù)比例為17.5\:7\:75.5,core2中摻GeO2的摩爾分數(shù)為1.18%。下面對此參數(shù)下RPF光纖進行計算以更直觀地獲得光纖的特性,計算結果如圖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稱熱應力場所導致的應力雙折射分布。其中,圖3(a)為光纖的折射率分布,實線為徑向折射率分布nr,虛線為角向折射率分布nθ,點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(實線,即nr-nθ)�？梢奣M01模的模場分布與介質雙折射分布的重疊區(qū)大,且位于大的雙折射值范圍之內,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】：
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. 光學學報. 2007(06)
博士論文
[1]熊貓保偏光纖結構設計、制備工藝及性能研究[D]. 童維軍.華中科技大學 2006
本文編號：3262299
【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光纖結構
圖2是以圖1的結構為基礎,考察摻雜物質濃度和纖芯結構對模式退簡并的影響,圖中每一條曲線都是通過用控制變量法單獨研究其中一個變量得到。在圖2中,x、y、z三個箭頭標明三個坐標軸的方向,其中x軸表示core2的直徑(整個纖芯的直徑,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的摩爾分數(shù)(y軸)對模式退簡并的影響,GeO2主要用于調整core1區(qū)域的折射率,從而調控模場分布;圖2(b)考察的是纖芯結構對模式退簡并的影響,纖芯結構被定量為core1與core2 的直徑之比D′(y軸),纖芯結構的變化既可調控模場分布又可調控雙折射分布。圖2中方形標記曲線為HE11模與TM01模的有效折射率差,圓形標記曲線為TM01模和HE21模的有效折射率差,三角形標記曲線為HE21模與TE01模的有效折射率差。圖2中點劃線網格表示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準。預先設定core1中B2O3的摩爾分數(shù)為17.5%,用于提供較大的熱應力,預先設定core2中GeO2的摩爾分數(shù)為1.18%,初步確定光纖的NA水平,RPF光纖內GeO2的摩爾分數(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遠低于高折射率差環(huán)形纖芯光纖。此外圖2(a)預先設定D′為0.56,圖2(b)預先設定core1中GeO2的摩爾分數(shù)為7%,通過圖2發(fā)現(xiàn),當core1中GeO2的摩爾分數(shù)被設置為7%,即圖2(a)虛線所標位置,且D′為0.56時,即圖2(b)虛線所標位置是最優(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大范圍內取值時,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現(xiàn)TM01模的大模面積設計。依據(jù)上述最優(yōu)化設計條件,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的摩爾分數(shù)比例為17.5\:7\:75.5,core2中摻GeO2的摩爾分數(shù)為1.18%。下面對此參數(shù)下RPF光纖進行計算以更直觀地獲得光纖的特性,計算結果如圖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稱熱應力場所導致的應力雙折射分布。其中,圖3(a)為光纖的折射率分布,實線為徑向折射率分布nr,虛線為角向折射率分布nθ,點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(實線,即nr-nθ)�？梢奣M01模的模場分布與介質雙折射分布的重疊區(qū)大,且位于大的雙折射值范圍之內,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】：
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. 光學學報. 2007(06)
博士論文
[1]熊貓保偏光纖結構設計、制備工藝及性能研究[D]. 童維軍.華中科技大學 2006
本文編號：3262299
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教材專著
