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光子晶体光纤在光纤激光器中的应用分析

2013-02-28 11:11
人在旅途20
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  引言

  光纤激光器作为激光领域的新兴技术, 近年来成为科学研究领域的热点问题。光纤激光器采用光纤作为增益介质,泵浦光在纤芯内形成高功率密度,当加入正反馈回路时,便产生激光输出。对于采用常规光纤的光纤激光器,要求注入到纤芯的泵浦光为单模,这就限制了泵浦光的入纤效率。且当激光器高功率运转时,由于纤芯的非线性效应,也将限制输出功率的极限值。光子晶体光纤由于其灵活的光学可控性和特殊结构,可具有大模面积且保持无限单模的特性, 有效地克服了常规光纤的设计缺陷。以这种具有新颖波导结构和特性的光纤作为有源掺杂的载体, 并把双包层概念引入到光子晶体光纤中, 将使光纤激光器的各种性能有了显著提高[4]。因此,基于光子晶体光纤的光纤激光器以其高输出功率、低阈值、高效率、窄线宽和可调谐等优点,其发展和应用得到了社会各方面的广泛关注。本文将主要结合大模面积双包层光子晶体光纤的结构特点, 系统分析光子晶体光纤在高功率光纤激光器领域的最新进展和应用前景, 并介绍我们课题组最新制备的各种结构新颖的稀土掺杂光子晶体光纤。

  1 大模面积双包层光子晶体光纤

  大模面积光子晶体光纤是通过设计光子晶体光纤的微结构来获得大模场单模面积的一种新型特种光纤,其纤芯密度大为降低,有效地抑制了久难解决的热光问题。

  我们设计了八角排列光子晶体光纤(O-PCF)并采用有效面积法研究其模式截止特性。图1(a)和(b)分别为二阶模有效面积和基模有效面积随波长的变化关系。通过计算不同结构O-PCF 和六角排列光子晶体光纤(H-PCF)二阶模和基模的截止波长,得到了两种光纤非限制模,基模和二阶模的相位图,如图1(c)。其中介于非限制模和二阶模两条相位线之间的区域为单模传输范围,并且可以很容易看出在相同填充率时O-PCF的单模运转区域要比H-PCF 的宽。所以通过设计灵活设计包层结构,可以很好地实现大模场面积,并且保持单模运转的光子晶体光纤。

O-PCF与H-PCF二阶模和基模有效面积随波长的变化关系及相位图

图1 O-PCF与H-PCF二阶模和基模有效面积随波长的变化关系及相位图

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