大模场面积单模菊花纤芯分布光纤的研究

发布时间：2017-10-21 07:17

  本文关键词：大模场面积单模菊花纤芯分布光纤的研究

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【摘要】：由于非线性效应产生的阈值功率与光纤的有效模场面积成正比关系,因此目前解决光纤激光器功率密度提升过程中面临的非线性效应、光学损伤等问题的最直接最有效的方法之一就是采用大模场面积光纤。然而大模场面积单模光纤已经进行了几十年的研究,虽然取得了重大的进展,但是绝大部分还都是停留在理论分析和实验研究的阶段,要想实现商用还需要尚需时日,主要是因为现有的大模场面积单模光纤批量生产成品率太低。大模场面积单模菊花纤芯分布光纤可以在克服现有的大模场面积单模光纤批量生产成品率低和瓣状光纤直径有限等缺陷同时,增大有效模场面积,达到抑制非线性效应的目的。因此,本文通过数值仿真软件COMSOL Multiphysics仿真,对大模场面积单模菊花纤芯分布光纤进行相关的研究和分析。本文的主要工作内容如下：(1)从有限元法出发,给出了有限元法的实现步骤以及利用COMSOL Multiphysics建模和仿真的步骤。通过COMSOL Multiphysics仿真,分别得到阶跃折射率单模光纤和4菊花芯大模场面积单模菊花纤芯分布光纤的模场特性、模场面积和纤芯与光纤之间的功率比。经过两者之间的比较得出结论：改变大模场面积单模菊花纤芯分布光纤菊花芯的折射率,牺牲一定的光束质量,可以显著的增加同向基模的模场面积。(2)给出了几种常用的光束质量评价方法,比较它们的优缺点,最后将修改后的光束传输因子作为本论文中大模场面积单模菊花纤芯分布光纤的光束质量评价标准。(3)通过COMSOL Multiphysics仿真可知,在光束质量相同的情况下,增加菊花芯的半径和菊花芯与圆形纤芯间距可以增大模场面积,增加菊花纤芯数虽然不会增加模场面积,但可以有效降低模场面积和光束质量对菊花芯折射率的敏感程度；在相同条件下,波长越长模场面积越大,而光束质量越差；增加菊花纤芯数,弯曲损耗先减小后增大；增大菊花芯与圆形纤芯的间距,可以减小弯曲损耗；增大菊花芯半径,弯曲损耗先缓慢增加随后迅速增加。
【关键词】：光纤激光器 非线性效应 阈值功率 有效模场面积 弯曲损耗
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN253
【目录】：

• 致谢5-6
• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 1 引言11-20
• 1.1 研究背景11-12
• 1.2 大模场面积激光器研究现状12-17
• 1.3 大模场面积单模菊花纤芯分布光纤17-18
• 1.4 本文研究的主要内容18-20
• 2 大模场面积单模菊花纤芯分布光纤的分析方法20-30
• 2.1 大模场面积单模光纤的数值分析方法20-24
• 2.2 光纤激光器的相干组束24-27
• 2.3 模场直径的计算方法27-29
• 2.4 本章小结29-30
• 3 大模场面积单模菊花纤芯分布光纤的理论分析30-42
• 3.1 有限元法30-33
• 3.2 大模场面积单模光纤数值仿真33-41
• 3.2.1 阶跃折射率单模光纤的模式特性36-38
• 3.2.2 大模场面积单模菊花纤芯分布光纤的模式特性38-41
• 3.3 本章小结41-42
• 4 大模场面积单模菊花纤芯分布光纤的性能分析42-61
• 4.1 光束质量评价方法42-46
• 4.1.1 光束质量因子42-43
• 4.1.2 斯特列尔比43-44
• 4.1.3 衍射极限倍数β因子44
• 4.1.4 环围能量比BQ44-45
• 4.1.5 光束传输因子45-46
• 4.2 不同菊花芯数对光纤特性的影响46-50
• 4.3 不同菊花芯半径对光纤特性的影响50-55
• 4.4 不同圆形纤芯与菊花芯间距对光纤特性的影响55-59
• 4.5 本章小结59-61
• 5 结论61-63
• 参考文献63-67
• 作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果67-69
• 学位论文数据集69

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本文编号：1071981