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高功率光子晶体光纤激光器及其关键技术

导读: 光子晶体光纤( photonic crystal fibers, PCFs)以其独特的、普通光纤所不具备的光学特性成为近年来热门研究课题。

  光子晶体光纤( photonic crystal fibers, PCFs)以其独特的、普通光纤所不具备的光学特性成为近年来热门研究课题。PCFs又称微结构光纤(micro struc-tured fibers,MOFs)或多孔光纤( holly fibers, HFs) ,是在石英光纤中沿轴向规律地排列着空气孔,根据导光机理不同,可以分成两大类: ( 1)折射率引导型( total internal reflection PCFs, TIR2PCFs) ,通过纤芯与多孔包层区域之间的全内反射原理导光,固体纤芯折射率略高于包层,包层中的空气孔可以随即分布; (2)严格的周期空气孔结构产生的光子带隙效应( photonic bandgap, PBG) 限制光在低折射率的纤芯区域传输———PBG2PCFs 。在光子晶体光纤激光器中主要应用TIR2PCFs。

  通过改变包层中空气孔的大小d、间距Λ和分布形式,可以灵活控制PCFs很多独特的光学性能,例如在很大波长范围内维持单横模传输 ;选择零色散点在可见光和近红外波段;利用极小的纤芯(芯径可小于1μm)产生很强的非线性效应从而在非线性光学领域获得广泛应用;大模场面积(约350μm2 ) PCFs不但可以避免非线性光学效应的产生,而且可以实现低损耗单模传输,适用于高功率激光器的研制,而光束质量好的高功率光纤激光器在材料加工、光通讯等领域有极大的应用潜力。作者将主要结合这种大模面积PCFs的特点,系统介绍高功率光子晶体光纤激光器的最新进展,并分析所存在的问题和亟待解决的关键技术。

  1 大模面积光子晶体光纤

  优化光纤结构设计,提高抽运光耦合效率、降低非线性效应、高的斜效率和较好的热量处理能力,对高功率光纤激光器研制非常重要。因此,高功率激光器中的光纤应具有以下特点:数值孔径大、模场面积大、较短的长度、热载荷低、抽运光吸收系数大和使用耐高温材料。与常规双包层光纤相比, PCFs更容易满足这些要求,下面以最新报道用于高功率激光器的LMA-PCFs为例说明。

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