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一种新型结构的多芯光纤激光器的研究

作　者: 王清华
导　师: 宁提纲
学　校: 北京交通大学
专　业: 光通信与移动通信
关键词: 多芯光纤多模单模耦合耦合长度 COMSOL 传输常数圆环形分布激光阵列相干合束Matlab仿真
分类号: TN248
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

在光电子、激光器领域,多芯光纤激光器的研究已经成为热点。传统的多芯光纤激光器是将若干个较低功率的光纤激光器进行相干叠加,以达到提高输出功率的目的,这种激光器是将多个完全相同的单模掺杂纤芯放在一个较大的包层中,纤芯有规律的排列并使得其纤芯距离比较小,这样,比单芯光纤激光器增加了纤芯的有效面积,可以有效地提高在大功率情况下的非线性效应的阈值功率,这可以有效的提升大功率光纤激光器的输出功率。尽管如此,这种传统的多芯光纤激光器的每个单模光纤激光器仍然受限于纤芯面积。在这种情况下,为进一步提高多芯光纤激光器的输出功率,基于我们的专利技术,提出了一种新型结构的多芯光纤激光器,即：在一个大的包层中,将多模纤芯放在多芯光纤阵列的中心,周围的单模光纤纤芯合理分布,用这些单模光纤激光器来控制中间激光器的输出。这种结构的多芯光纤激光器可以比普通的多芯光纤激光器得到更大的激光输出。本文阐述了这种多芯光纤激光器的特点和结构,从耦合模理论出发,基于对称光纤耦合器,研究一种新型的由一个单模纤芯和一个多模纤芯组成的双芯光纤的耦合情况,在弱导近似的条件下简化模式方程并由数值方法求解超越方程,得到所需要的参数并使用COMSOL软件进行仿真。并在求得的参数基础上对多模纤芯周围几何对称分布着2个、4个和6个相同单模纤芯的情况进行仿真,由这几种情况下的模场分布,我们可以判断出在理论上我们采用的这种新型多芯光纤激光器是可行的。为提高多芯光纤激光器的输出质量,我们分析了利用多芯双包层光纤对圆环单模光纤阵列进行相干合束的理论,给出了其仿真方法,并对圆环形分布的光纤激光器阵列相干合束,再使用Matlab对完整、不完整圆环形分布的光纤激光器阵列相干合束的z=0平面归一化强度空间分布,和z>0平面归一化强度空间分布这几种情况进行了仿真,并分析了参与合束纤芯的数目,纤芯间距离,激光器波长和纤芯半径对合束效果的影响。最后,对今后的工作进行了展望。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-11
1 引言  11-19
  1.1 绪论  11
  1.2 研究背景和意义  11-16
  1.3 研究方法简介  16-17
  1.4 本文的研究内容与创新点  17-19
2 耦合模理论  19-31
  2.1 光波导模式的激发  19-23
    2.1.1 椭圆高斯场的传播及其表达式的简化  20-21
    2.1.2 被激发的传导模式及其本征值  21-23
  2.2 耦合模方程  23-30
    2.2.1 规则波导本征模式的耦合模式方程  23-29
    2.2.2 本地规则波导本征模式的耦合模方程  29-30
  2.3 本章小结  30-31
3 两光纤的耦合  31-48
  3.1 正规光波导的横向模式耦合  31-40
    3.1.1 模式耦合方程  31-35
    3.1.2 耦合波的特性  35-38
    3.1.3 两正圆光纤的横向耦合  38-40
  3.2 光纤耦合器  40-44
    3.2.1 光纤耦合器的传输矩阵  40-43
    3.2.2 光纤耦合器的性能参数  43-44
  3.3 对称双芯光纤及其非线性模式耦合的研究  44-47
  3.4 本章小结  47-48
4 新型多芯光纤激光器的耦合  48-65
  4.1 多模纤芯与单模纤芯的耦合的理论分析  48-52
    4.1.1 波动方程及其解  49-50
    4.1.2 弱导光纤中的线偏振模  50-52
  4.2 多模纤芯与单模纤芯的耦合的仿真方法  52-55
  4.3 多芯双包层光纤及其相干合束  55-59
    4.3.1 多芯双包层光纤的结构  55-56
    4.3.2 多芯双包层光纤相干合束的理论分析  56-59
  4.4 圆环形分布的光纤激光器阵列相干合束仿真  59-64
  4.5 本章小结  64-65
5 总结与展望  65-66
参考文献  66-71
作者简历  71-73
学位论文数据集  73

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