M剖面光纤及其激光器的理论设计研究

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目前,相比于一般固体激光器和气体激光器,光纤激光器是光束质量更好的激光器形式。具有高功率的光纤激光器在工业、航天和军事应用领域都将有非常重要的应用前景,但这种激光器的增益介质光纤的纤芯直径太小,严重限制了其高功率输出,因而各种大模场光纤(LMAF,LargeModeAreaFiber)应运而生,它们大幅度增加了光纤的模场直径,降低光纤内功率密度,从而减少了光纤中各种非线性效应(例如受激拉曼散射和受激布里渊散射),突破了常规结构单模光纤激光器不能产生更高输出功率的限制。本论文研究的M剖面光纤(MPF,M-profilefiber)也是一种大模场光纤。一般大模场光纤横截面折射率分布都较复杂,制备成本高,而M剖面光纤在常规双包层光纤的基础上再增加一层包层,且高折射率部分变为靠近纤芯的那层环形包层,而纤芯不掺杂,使得激光振荡实际上在一个环形波导中进行,再合理设计该环形波导的厚度,就可以保持环形单模运转,同时掺杂层具有很大的横截面积,适合大泵浦功率输入和大激光功率输出,从而即可提高利用该光纤的光纤激光器的输出功率。本论文主要内容可以概括为如下四点:(1)介绍MPF的横截面结构和折射率分布,以及这种光纤的优势和应用前景。(2)建立MPF模式的数学理论模型,从麦克斯韦方程组出发,推导出MPF不同模式的截止条件。(3)用仿真软件Rsoft模拟MPF单模输出的尺寸结构和折射率分布条件以及各模式的振幅和相位分布。(4)针对MPF高阶模式特性,设计一种得到MPF单一基模或高阶模的谐振腔方案。
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