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单模输出TM₀₁和TE₀₁模式光纤激光源的研究

作　者: 李觉灵
导　师: 王春灿
学　校: 北京交通大学
专　业: 电磁场与微波技术
关键词: TM01模式 TE01模式光纤激光器有限元法全矢量有限元光束传输法
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
下　载: 7次
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内容摘要

径向偏振TMol模式和方向角偏振TE01模式在纳米加工、高分辨率成像和光学捕获等方面具有重要的研究价值,为了解决如何获得具有单模输出TM01和TE01模式特性的光纤激光源,本文分别提出了两种方法。主要工作如下：针对单模输出TM01模式本文提出在光纤纤芯和包层之间引入径向均匀分布的空气狭缝结构。理论分析表明光纤的TM0l模式和TE01、HE21模式的双折射从普通阶跃光纤的10-5量级增大到10-4量级；TEol和HE21模式的限制损耗也大于TM01模式,在此基础上结合速率方程组数值仿真了将该光纤作为增益介质的光纤激光器,可以输出99.9%的TM01模式,斜率效率为87.3%。针对单模输出TE0l模式本文提出了在光纤的纤芯和包层中间引入金属薄层。理论分析表明：在1μm到2μm的波长范围内,TE0l模式和HE21、TM01模式的双折射分别增大到10-4和10-3量级,同时,TE01模式的限制损耗小于HE21、TM01和HE11模式。在此基础上分两种情况进行了分析：1)将基于此结构的有源光纤用作光纤激光器增益介质,通过调整纤芯中的掺杂稀土离子浓度分布可以使得基模增益远远小于TEol模式,同时由于HE21和TMol模式的限制损耗较大,最终导致光纤激光器可以输出纯度为99.9%的TE01模式。2)对于此结构的无源光纤,分别研究对比了两种激励方法,即单个沿y轴线偏振高斯光束和两对分别沿x和y轴线偏振反对称的高斯激光束。理论分析表明：前者通过优化高斯光束偏离光纤轴的距离,可以激发TEol模式,但是模场强度分布轴对称性较差,而后者可以激发出模场强度分布呈轴对称分布的TE0l模式。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 引言  11-18
  1.1 TM_(01)和TE_(01)模式的性质  11-14
  1.2 TM_(01)和TM_(01)模式的研究现状  14-16
  1.3 论文的研究内容和成果  16-18
2 数值分析单模输出TM_(01)和TM_(01)模式的方法  18-36
  2.1 二阶模式特性的数值计算  18-20
  2.2 光纤激光器的理论模型  20-31
    2.2.1 光纤激光器原理  20-22
    2.2.2 光纤激光器理论模型的建立  22-24
    2.2.3 速率方程组的求解  24-31
  2.3 无源光纤中模场演变的理论分析  31-36
    2.3.1 VFE-BPM基本方程  31-33
    2.3.2 横向有限元离散化  33-36
3 单模输出TM_(01)模式光纤的研究  36-44
  3.1 引入径向空气狭缝光纤介绍  36
  3.2 光纤特性  36-38
  3.3 产生TM_(01)模式的理论仿真  38-44
    3.3.1 光纤激光器中信号光和泵浦光功率分布  40
    3.3.2 掺杂分布与各模式输出功率的关系  40-42
    3.3.3 TM_(01)模式输出功率和泵浦光功率的关系  42-44
4 单模输出TM_(01)模式光纤的研究  44-60
  4.1 引入金属层光纤结构介绍  44
  4.2 光纤特性  44-50
    4.2.1 金属层厚度对双折射和限制损耗的影响  44-46
    4.2.2 不同金属材料对双折射和限制损耗的影响  46-49
    4.2.3 双折射和限制损耗随波长的变化  49-50
  4.3 引入金属层光纤生成TM_(01)模式的基本原理  50-52
  4.4 产生TM_(01)模式的理论仿真  52-60
    4.4.1 有源光纤方法  52-55
    4.4.2 无源光纤方法  55-60
5 总结与展望  60-62
  5.1 本文工作总结  60-61
  5.2 下一步拟进行的研究工作  61-62
参考文献  62-65
附录  65-72
作者简历  72-74
学位论文数据集  74

单模输出TM01和TE01模式光纤激光源的研究

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