单模热致超大模场掺镱光纤放大器的数值研究
本文关键词： 光纤激光器 光纤波导 光纤放大器 出处：《物理学报》2017年06期 论文类型：期刊论文
【摘要】：非线性效应是限制光纤激光器功率提升的重要限制因素,而超大模场光纤对于非线性效应的抑制具有重要意义.热致超大模场光纤是一种新型超大模场光纤,其利用热透镜效应实现低数值孔径波导结构,从而在保证光束质量的前提下实现超大模场输出.不过,现阶段对于热致超大模场光纤激光器的研究较为有限.本文提出了单模超大模场掺镱光纤放大器的速率方程模型,该模型由稳态速率方程和热传导方程组成.利用该模型,对前向抽运单模热致超大模场光纤放大器进行了数值研究.研究表明:信号光模场直径随着信号光功率的增加而增加,这体现了热致超大模场光纤在非线性效应抑制方面的优势.研究还揭示了最佳光纤长度及其产生的物理机制,发现最佳光纤长度与注入抽运光功率有关,其随着注入抽运光功率的增加而减小;不过,当注入抽运光功率足够大时,最佳光纤长度随注入抽运光功率变化不大.此外,还对输出光场的模式进行了探讨,验证了其在保证超大模场输出的同时,实现高斜率效率输出的可行性.相关研究对于热致超大模场光纤放大器的设计具有指导意义.
[Abstract]:The nonlinear effect is an important limiting factor to the power increase of fiber laser, and the super-large mode field fiber is of great significance for the suppression of nonlinear effect. The thermally induced ultra-large mode field fiber is a new type of ultra-large mode field fiber. The thermal lens effect is used to realize the waveguide structure with low numerical aperture, so that the output of the super-large mode field can be achieved under the condition of ensuring the beam quality. However, In this paper, the rate equation model of single-mode ultra-large mode ytterbium-doped fiber amplifier is proposed, which is composed of steady rate equation and heat conduction equation. A numerical study on the single-mode thermo-induced super-large mode fiber amplifier with forward pumping is carried out. The results show that the diameter of the signal mode field increases with the increase of the signal optical power. This shows the advantage of thermo-induced ultra-large mode fiber in the suppression of nonlinear effect. The optimum fiber length and its physical mechanism are also revealed. It is found that the optimal fiber length is related to the injected pump power. It decreases with the increase of the injection pump power, but when the injected pump power is large enough, the optimal fiber length changes little with the injection pump power. In addition, the mode of the output light field is discussed. The feasibility of realizing the high slope efficiency output while ensuring the output of the ultra-large mode field is verified. The related research is of guiding significance for the design of the thermally induced ultra-large mode fiber amplifier.
【作者单位】： 国防科学技术大学光电科学与工程学院;
【基金】：国家自然科学基金(批准号:61405249)资助的课题~~
【分类号】：TN248;TN722;TN253
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，本文编号：1552672
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