首先介紹了光纖激光中傳統(tǒng)的熱致動態(tài)模式不穩(wěn)定的研究現(xiàn)狀,然后重點(diǎn)介紹了2016年以來理論預(yù)測的準(zhǔn)靜態(tài)模式不穩(wěn)定;接著,對非熱致模式不穩(wěn)定的研究現(xiàn)狀進(jìn)行介紹,包括電致伸縮模式不穩(wěn)定和非線性效應(yīng)與模式不穩(wěn)定之間的關(guān)系。最后,對模式不穩(wěn)定對高功率光纖放大器的功率限制進(jìn)行了總結(jié)和分析。 

【文章來源】：中國激光. 2017,44(02)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

圖１動態(tài)模式不穩(wěn)定光斑隨輸出功率變化過程Ｆｉｇ．１ＩｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｂｅａｍｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆＤＭＩｐｒｏｃｅｄｕｒｅｗｉｔｈｏｕｔｐｕｔｐｏｗｅｒ

中國激光準(zhǔn)靜態(tài)模式不穩(wěn)定指在較大的時間尺度上，光纖激光的輸出功率由基模單向耦合至高階模式從而造成光束質(zhì)量退化的準(zhǔn)靜態(tài)非穩(wěn)態(tài)模式不穩(wěn)定。其物理過程可以由圖２簡單表示。圖２ＱＳＭＩ光斑變化過程Ｆｉｇ．２ＩｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｏｆｂｅａｍｖａｒｉａｔｉｏｎｏｆＱＳＭＩｐｒｏｃｅｄｕｒｅ從圖２中可以看出，ＱＳＭＩ與ＤＭＩ最大的區(qū)別有兩點(diǎn)：１）動態(tài)模式不穩(wěn)定的光功率耦合發(fā)生在ｍｓ的時間尺度，從光纖輸出的時域信號看來，ＤＭＩ的模式耦合特征頻率在ｋＨｚ量級，而ＱＳＭＩ是在較大的時間尺度上發(fā)生光功率耦合，這個時間通常是分鐘甚至十分鐘的時間尺度，所以ＱＳＭＩ從與動態(tài)模式不穩(wěn)定對比的角度看是靜態(tài)的；２）ＱＳＭＩ發(fā)生之后其光功率的耦合方向是單向的，也就是說光功率只能從基模向高階模耦合，而高階模功率卻不會耦合回基模中。相對于動態(tài)模式不穩(wěn)定，準(zhǔn)靜態(tài)模式不穩(wěn)定的實(shí)驗(yàn)和理論研究均處于起步階段，本節(jié)將著重介紹目前準(zhǔn)靜態(tài)模式不穩(wěn)定的物理根源與物理過程以及其理論和實(shí)驗(yàn)研究。３．１ＱＳＭＩ的起因目前準(zhǔn)靜態(tài)模式不穩(wěn)定的起因主要有兩個：光子暗化和多程放大。光子暗化所引起的準(zhǔn)靜態(tài)模式不穩(wěn)定主要發(fā)生在單程放大器中，其主要成因是光子暗化所產(chǎn)生的熱效應(yīng)在時間上的緩慢積累特性。相比于量子虧損，光子暗化的產(chǎn)熱是在一個較長的時間周期內(nèi)所進(jìn)行的熱量積累，而且光子暗化本身也會引起纖芯折射率的改變［４４］，由此成為基于光子暗化的準(zhǔn)靜態(tài)模式不穩(wěn)定的原因。圖３描述了基于光子暗化的ＱＳＭＩ的主要物理過程［４２］。圖３基于光子暗化的ＱＳＭＩ物理過程。（ａ）初始狀態(tài)；（ｂ）建立狀態(tài)；（ｃ

靜態(tài)模式不穩(wěn)定，其產(chǎn)生的物理根源都是光纖中的熱效應(yīng)（量子虧損、光子暗化）。而事實(shí)上，在光纖激光系統(tǒng)中，熱致模式不穩(wěn)定并不是唯一一種可以誘發(fā)模式不穩(wěn)定的物理根源，電致伸縮所形成的電致折射率光柵［４８］可能是存在后向回光的光纖激光系統(tǒng)中產(chǎn)生模式不穩(wěn)定的另一種主要原因。４．１電致伸縮導(dǎo)致的模式不穩(wěn)定２０１６年，俄羅斯科學(xué)院的研究人員ＡｎｔｉｐｏｖＯ等［４５］報(bào)道了在保偏摻鐿光纖放大器中對于后向回光與模式不穩(wěn)定閾值的實(shí)驗(yàn)和理論研究［４５－４６］。所采用的實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)如圖８所示。圖８后向光對模式不穩(wěn)定的影響實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)圖Ｆｉｇ．８ＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｅｔｕｐｆｏｒｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｂａｃｋｗａｒｄｓｉｇｎａｌｏｎＭＩ在實(shí)驗(yàn)中，ＡｎｔｉｐｏｖＯ等［４５］采用了一段６ｍ長的保偏摻鐿光纖作為單頻種子源的放大器，在輸出端接有一個耦合器用來檢測前向與后向的輸出功率。通過外界的單頻光源來對放大器進(jìn)行后向光注入，進(jìn)而研究后向光信號強(qiáng)度以及線寬對于模式不穩(wěn)定閾值的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖９。圖９在不同的種子光線寬下的模式不穩(wěn)定閾值。（ａ）０．１４ｎｍ；（ｂ）０．２５ｎｍＦｉｇ．９ＭＩｔｈｒｅｓｈｏｌｄｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｉｎｅｗｉｄｔｈｓｏｆｓｅｅｄ．（ａ）０．１４ｎｍ；（ｂ）０．２５ｎｍ圖９中的黑點(diǎn)表示外加單頻后向光的時候的模式不穩(wěn)定閾值，而紅點(diǎn)則表示輸出光纖端面反饋所帶來后向光的模式不穩(wěn)定閾值。注意到當(dāng)后向光由自身反饋光變?yōu)橥饧拥膯晤l光源后，模式不穩(wěn)定的閾值被大大地拉低了。隨后ＡｎｔｉｐｏｖＯ等［４６］通過改變后向反饋的波長發(fā)現(xiàn)，當(dāng)后向單頻信號的波長與信號光波

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高功率光纖激光中模式不穩(wěn)定性現(xiàn)象研究進(jìn)展[J]. 陶汝茂,周樸,肖虎,王小林,司磊,劉澤金.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2014(02)
[2]摻稀土光纖的光子暗化研究進(jìn)展[J]. 尤潔,于海龍,王小林,周樸,許曉軍.  激光與光電子學(xué)進(jìn)展. 2014(01)

博士論文
[1]高功率窄線寬近衍射極限光纖激光放大器熱致模式不穩(wěn)定研究[D]. 陶汝茂.國防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2015



本文編號：3231557