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高功率光纤激光器研究现状分析

导读: 高功率光纤激光器应该具备的特点:高功率激光;高损伤阈值;优良导热率;全玻璃光纤;高非线性阈值;大模场光纤;短光纤;高泵浦吸收率;包层小;高数值孔径。

  一、主要技术路线

  高功率光纤激光器应该具备的特点:高功率激光;高损伤阈值;优良导热率;全玻璃光纤;高非线性阈值;大模场光纤;短光纤;高泵浦吸收率;包层小;高数值孔径。

  大模场激光光纤的研究目标:增大模场面积;提高光束质量;提升输出功率;增加稳定特性。

  致力于大模场光纤的重要研究机构:

  美国能源部Sandia国家实验室

  美国Aculight公司

  美国OFS实验室

  美国罗切斯特大学(University of Rochester)

  美国密执安大学(University of Michian)

  德国耶拿大学(University of Jena)

  德国IPG光子公司

  英国南安普敦大学(University of Southampton)

  芬兰Liekki公司

  日本北海道大学(Hokkaido University)

  研究的总体思路:立足于光纤的结构设计,通过改变纤芯或包层的折射率分布,降低等效折射率差,并改进纤芯的掺杂分布,突出基模的增益优势,达到增大模场面积、抑制高阶模的目的,同时借助于外部的选模方式、模式转换等机制,有效滤除高阶模,实现单模输出,并确保系统稳定工作。

  光纤结构设计---多模光纤---复合导引光纤/光子晶体光纤---单模光纤/大模面积

  模式选择控制---多模光纤---弯曲选模/泄漏选模---多模光纤/单模输出

  模式转换---基模光纤---高阶模光纤---基模光纤

  光纤的结构设计:纤芯折射率变化;包层折射率变化;折射率和掺杂分布变化;光子晶体结构。

  1.光纤的结构设计

  几种纤芯的折射率分布图

  纤芯的折射率分布影响模场特性

  高折射率区分布偏离轴心,有利于增加模场面积,但模场的约束能力下降,弯曲引起的畸变严重;

  高折射率区越趋向中心,模场的抗弯性加强,弯曲变少,但模场面积偏小

  同参数下,不同折射率分布相应的模场弯曲变化

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