限制掺杂光纤的模场分析.pdf

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1、第4O卷中国激光光学前沿——光电技术2O13年12月CHINESEJOURNALOFLASERS专刊限制掺杂光纤的模场分析李泽斌(国防科学技术大学光电科学与工程学院，湖南长沙410073)摘要限制掺杂光纤是获得大功率输出同时保持光束质量的有效途径。通过数值模拟的方法对比了限制掺杂光纤与传统阶跃光纤在模场分布及导致的光束质量的差异。模拟了输入光束偏移、倾斜等情况对限制掺杂光纤输出模场分布的影响，并分析了按一定比例混合注入多个模式时限制掺杂光纤的模场分布。关键词光纤光学；模式；数值仿真；限制掺杂光纤中图分类号0438文献标识码Adoi：10．3788／CJL201340．s1050

2、04AnalysisoftheMode-FieldofConfined-DopedFiberLiZebin(CollegeofOptoelectronicScienceandEngineering，NationalUniversityofDefenseTechnologyChangsha，Hunan410073，China)AbstractConfined—dopedfiberisaneffectivewaytoobtainhighpoweroutputandmaintainthebeamquality．Differencesaboutmodedistributionandbe

3、amqualitybetweenconfined—dopedandconventionalfibersareobtainedbynumerica1simulation．Outputmodedistributionscausedbyoff．axis，slantormixedmodeslaunchfieldarealsogiven，respectively．Keywordsfiberoptics；mode；numericalsimulation；confined—dopedfiberOCIScodes140．3430；140．3510；060．22801引言过程中逐渐占据优势，在光

4、束输出时占据主导地位，从而使得光束具有较好的质量。本文通过数值模拟高功率光纤激光器以其独特的优势受到了广泛的方法分析限制掺杂光纤的模场特性，并与传统阶的关注和研究口]。为了避免由于光纤功率密度过跃光纤的模拟结果进行对照分析，在此基础上研究高所带来的不利影响，高功率光纤激光器系统往往输入光束偏移、倾斜、模式成分不单一等情况对限制采用大模场面积(IMA)光纤，但是模场面积的增大掺杂光纤输出模场分布的影响。有可能导致光束质量退化。限制掺杂光纤为解决这个矛盾提供了一种有效方案]。2限制掺杂光纤的模场分析限制掺杂是指在大模场面积光纤的纤芯中，以表1给出两种光纤的参数，其中限制掺杂光纤其中

5、心为圆心，某一特定长度(小于纤芯半径)为半的数值孔径(NA)取自文献[5]，数值计算均采用这径的圆形区域内掺杂稀土粒子(掺杂浓度具有特定两种光纤。分布)，而其他部分不掺杂。由于不同模式的空间分输入光束尺寸的差异会造成输出模式结构的不布存在差异，限制掺杂相对于传统的均匀掺杂而言，同。为了避免该因素的影响，数值模拟分3组进行，其掺杂区域(以及掺杂浓度的分布)能更好地与基模输入光束直径分别为l0、2O、30m。表2给出了限重叠。因此，基模能获得更大的增益，并在模式竞争收稿日期：2013-06—25；收到修改稿日期：201308—27作者简介：李泽斌(199O一)，男，本科生，主要从事

6、光纤激光器方面的研究。E—mail：736268841@qq．COrn激光产生了LP、LP模式。当倾斜角度继续增大(5。)LP。。这些高阶模式。此时不但光纤内能稳定传输的时，基模已不占主导地位，且落后于LPLP能量很少，且光束质量也很差。(a]I(b)0．50．5I0．4萎盖’g0．3墨台0∞弱∞加墨％0．02砉0■0．1ml二1I■LP【1lLP02LPo3LPI)lLPllLP02IJ)12LP∞ModeMode(d]姜詈§。意f1，d亭Ia每0OOOOOO=---●hI"LP0lLP0llLPo2∞LPl2LPo3加蟾L昌0LPolLPuLP02LPl2LPo3other

7、ModeMode图6入射场倾斜时输出模场结构。(a)0。；(b)1。；(c)2。；(d)5。Fig．6Outputfieldcausedbyslantlaunchfield．(a)0。；(b)1。；(c)2。；(d)5。3．3入射场含有高阶模LP⋯LP模式按特定能量比例混合输入时输出的实际入射光场不可能是单一的基模，本节研究模场结构。入射光场含高阶模时限制掺杂光纤输出光模场结构数值模拟的输入场是由另一段光纤(阶跃)提供的变化。由于LP模是注入光束高阶模中能量最的，其纤芯直径为20lam、数值