双包层大模场面积保偏掺镱光子晶体光纤研究-论文.pdf

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1、物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．2(2014)024202双包层大模场面积保偏掺镱光子晶体光纤研究术赵楠陈瑰王一礴彭景刚李进延(华中科技大学，武汉光电国家实验室，武汉430074)(2013年9月4日收到；2013年10月26目收到修改稿)采用改进的化学气相沉积法和溶液掺杂法制备出掺镱石英光纤预制棒，以该预制棒为有源纤芯制备芯区直径约为30m的双包层保偏掺镱光子晶体光纤．模拟计算得到该保偏光纤的模场面积约232p．m2，双折射系数B为5Z10一．利用该光纤分别进行了脉冲激光和连续激光的放大测试实验，在国内首次实现了高效率的飞秒激光放大，2m

2、长的光子晶体光纤可得到1．64W的激光输出，激光放大斜率效率为49．8％．同时5m长的光纤还能够实现8．12W的连续激光放大输出，斜率效率达到55．9％，具有较高的斜率效率．此外，该光纤消光比约10dB，具有良好的保偏特性．关键词：掺镱双包层，保偏，光子晶体光纤，激光放大PACS：42．55．Tv，42．55．Wd，42．60．一V，42．81．GsDOI：10．7498／aps．63．024202高抽运光耦合效率．且空气包层也有利于激光器的散热，避免高温损伤【l1]．信号光在包层空气孔和1引言折射率匹配的掺硼区共同作用下被限制在芯区并镱离子具有能级结构简单、宽

3、吸收谱和发射谱实现单模单偏振传输．双包层大模场面积保偏掺等优点，采用掺镱光纤作为增益介质可以大范围提镱PCF适合于高功率激光器件如飞秒激光器的发升激光器的输出功率[11．通过设计光子晶体光纤展[12-15】，在激光加工和国防激光武器等领域具有(photoniccrystalfiber，PCF)芯区周围空气孔尺广阔的应用前景．寸、间距以及排列方式，可灵活地实现无截止单模在保偏掺镱PCF方面，丹麦NKT公司一直处特性、高非线性、高双折射、色散可控等特性[2】．通于国际领先地位．该公司在2005年制备的掺镱双包过取代空气孔的方式还可实现大模场面积光子晶层PMfpola

4、rizationmaintaining)PCF模场面积体光纤，有效降低光纤中的非线性效应，使光纤能可达到700p．m2，消光比超过15dB，相应的光纤激承受非常高的平均功率和峰值功率．高功率的光子光器具有25W左右的输出功率[8】．德国Jena大学晶体光纤激光器广泛应用于材料加工、激光武器、也在该方面取得了很好的成果，并于2008年制备生物光学和医学等领域中[3-6】．但一些高功率实出单模单偏振掺镱PMPCF，该光纤具有更大的模验中存在输出光偏振度恶化的现象【7]．为解决该问场面积，约1300岬2，其光纤激光器输出功率达到题并简化激光器系统中的偏振控制装置，大模

5、场163W，具有75％的高斜率效率[16_面积及保偏特性兼备的PCF提供了一个很好的途目前国内多家单位展开了对掺镱光子晶体光径[8-10】．目前多采用各向异性材料制备保偏光纤，纤激光器的研究．2012年，华中科技大学设计制备即在光纤中一部分毛细管由硼棒替换以引入应力，出模场面积约1330的掺镱双包层光子晶体光从而产生保偏特性．同时，引入一圈大空气孔形成纤，采用1m长的光纤实现了102W激光输出，斜双包层结构，可有效提升包层的数值孔径，从而提率效率高达76％，首次实现了国产掺镱光子晶体光国家自然科学基金(批准号：81100701)资助的课题t通讯作者．E—mail

6、：ljy@mail．hust．edu．cn◎2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyttp：／／wulixb．iphy．ac．cn024202—1物理学报ActaPhys．Sin．Vo1．63，No．2(2014)024202纤高功率、高效率的激光输出[10]．由于受到国外技ni1i。为1．457；纤芯折射率增量An1为0．006，为阶术封锁的影响，掺镱PCF相关技术仍有待进一步跃型掺杂；掺硼区折射率增量An2为一0．0015；空探索．气孔折射率ni为1．本文在PCF中引入掺硼棒构成保偏结构，设对于折射率为他的介质，由麦克斯韦方程组可计制

7、备出双包层大模场面积保偏掺镱PCF．利用该得到波动方程：国产光纤搭建放大系统，实现了高效率的飞秒激光×(×E)一七nE=0，(1)放大，激光输出1．64W，其斜率效率达到49．8％，为0其中，E为电场强度，k0为真空中波数，k0=．实现高功率、高质量光纤激光奠定了基础．光纤具有纵向平移不变性，因此可用=E(x，Y)exp(一i／3z)来表述电场E，E(x，Y)为光纤2光子晶体光纤的设计横截面的场分量，为传播常数．通过端面离散并2．1光纤结构设计代入f1)式获得本征值方程：([A]一02。2ff[B】){E)=0，(2)光子晶体光纤的导光特性由光纤包层的空气孔直径

8、d和孔间距以来决定当d／