0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

一种具有反向折射率分布的新型增益光纤技术

电子设计 来源:osapublishing 作者:Hyun Su Kim and Seong 2021-03-19 16:18 次阅读

作者:Hyun Su Kim and Seongwoo Yoo

抽象的

我们提出了一种具有反向折射率分布的新型增益光纤结构,用于高斯单模光束的高功率放大。通过在凹陷核心中实现渐变索引,可以使用反索引轮廓来实现大模式区域(LMA)设计。我们用数值方法表明,提出的增益光纤可以引导具有大光束面积的单模高斯光束,并将其放大到kW级输出功率。

1.简介

高功率,高光束质量的光纤激光器系统与其他高功率固态激光器系统相比,结构更紧凑,功率可扩展,因此对科学家和工业界具有吸引力。但是,单模光纤激光器的输出功率受到强大的非线性现象的限制,再加上在有限的光纤纤芯尺寸内发生的热效应[ 1 ]。为了克服单模光纤激光器的功率限制,纤芯面积缩放已成为一种标准方法。许多科学家一直在设计新的光纤结构,该结构允许较大的模面积,并通过高阶模(HOM)抑制机制保持良好的光束质量[ 2-6 ]。其中,Siegman提出了一种增益导引和折射率反导(GG + IAG)光纤[ 7]。该结构允许单模式操作。但是,GG + IAG光纤会遭受固有的泄漏损耗,导致激光发射效率较低[ 8 ]。EAJ Marcatili和RA Schmeltzer [ 9 ]分析了类似纤维结构的固有泄漏损耗。结论是,固有的泄漏损耗会很快使输出功率饱和,从而限​​制了功率可扩展性[ 9,10]。这意味着很难从GG + IAG光纤获得高功率。但是,GG + IAG光纤是一种有前途的设计,因为它提供了模式选择性衰减,可在大纤芯尺寸下促进单模工作。为了对GG + IAG光纤中的单基模(FM)光束进行功率缩放,应将FM的固有泄漏损耗降至最低。我们提出了一种渐变指标配置文件,以取代阶跃指标核心,并减少FM损耗。GG + IAG光纤的FM具有近似高斯形状。因此,提供高斯光束良好导引的纤维结构应满足要求。众所周知,渐变折射率光纤可以很好地引导高斯光束,而不会产生明显的泄漏损耗[ 11]。因此,可以通过渐变折射率结构来降低GG + IAG光纤的FM固有的泄漏损耗。当然,取决于信号种子束耦合条件,渐变折射率光纤也可以引导HOM。此外,即使在良好控制的发射条件下,HOM也会在放大过程中被激发[ 12,13 ],这会降低输出光束的质量。但是,如果渐变折射率纤芯被凸起的包层包围以形成GG + IAG光纤结构,则可以通过GG + IAG光纤的模式相关损耗特性来选择性抑制HOM。因此,将与模式有关的GG + IAG光纤损耗与渐变折射率纤芯的出色FM导引性能结合起来,可以用作实现kW级单模运行的替代LMA设计路线。

因此,在本文中,我们提出了一种具有混合折射率分布的LMA增益光纤,该光纤由具有渐变折射率纤芯的GG + IAG折射率分布构成。该结构允许LMA将高斯光束放大到kW级别。整个渐变折射率磁芯从包壳中压下,形成了与模式有关的损耗,用作低通滤波器。我们用数值方法研究了所提出的增益光纤在几个大纤芯直径和各种渐变折射率参数下的放大特性。而且我们证明,磁芯尺寸可以达到100μm,适合kW级输出功率。我们的论文为实现单模高功率光纤激光器的替代LMA光纤路径做出了贡献。还讨论了光纤设计的制造可行性。

2.提出的增益光纤的数值模型,该光纤由渐变折射率和GG + IAG光纤折射率组成

所提出的增益光纤具有渐变折射率和逆步进指数分布构成的索引结构,如图图1中.The渐变折射率纤芯图1的折射率分布如下。

其中n 1是峰值折射率,γ是比例因子,r 0是纤芯半径,值α在2的附近区域。在α = 2的情况下,渐变折射率光纤的FM具有高斯形状[ 11 ]。FM光束的大小取决于γ和归一化的频率参数V [ 11]。沿渐变折射率光纤传播时,与FM光束尺寸不匹配的高斯光束会周期性发散和会聚。HOM的会聚或聚焦不利于高功率操作,因为它可能导致内核内部的光学损坏。为避免聚焦效果,应准直渐变折射率芯内部的光束。通过使高斯光束的衍射角与渐变折射率的全内反射的临界角匹配[ 14 ],可以实现这种准直。使用上述条件和近轴近似,我们可以得出渐变折射率光纤芯内部准直高斯光束的比例因子γ,如下所示:

其中[R大号是输入光束半径和λ 0在真空的入射光束的波长。此结果与渐变折射率光纤在FM附近的FM光束尺寸的数值近似值相符。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 光纤技术
    +关注

    关注

    0

    文章

    32

    浏览量

    11708
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    通过光纤截面的折射率分布和传输模式进行光纤分类

    我们可根据光纤横截面折射率分布光纤划分为阶跃型光纤和渐变型光纤
    的头像 发表于 02-27 15:42 1.2w次阅读
    通过<b class='flag-5'>光纤</b>截面的<b class='flag-5'>折射率</b><b class='flag-5'>分布</b>和传输模式进行<b class='flag-5'>光纤</b>分类

    折射拍长对波长不敏感的多孔光纤结构设计

    【摘要】:将两分别具有正负双折射特性的缺陷结构相结合,在定波长范围内,设计了一种拍长对波长变化不敏感的多孔双
    发表于 04-24 10:12

    基于闪耀光纤布拉格光栅功率检测折射计的理论分析

    ,折射计的感应范围向折射率较小的方向移动。随着光栅长度以及折射率调制强度的增大,折射计的灵敏度增大,但折射率感应范围不变。同时这种
    发表于 06-02 10:05

    塑料光纤-高速宽带的塑料光纤问世

    折射率分布示于图2.图中n。和n分别是中心轴和离中心轴距离为r的折射率。Rp是光纤的半径,这种预利棒M /M。4.0(.wt/wt)是在
    发表于 03-27 13:25

    光纤的分类-购线网

    目前光纤的分类主要有三分类方法:是按光纤的原材料不同分类:二是按光纤横截面上折射率
    发表于 06-26 14:33

    基于分布光纤应变传感器技术的山体滑坡在线监测预警方案

    Optical Sensor)是20世纪70年代中期发展起来的一种基于光导纤维的新型传感器。 它是光纤和通讯技术迅速发展的产物,它与以电为基础的传感器有本质区别。
    发表于 08-31 14:03

    用阿贝折射仪测量折射率

    折射率是透明材料的重要光学常数。测量透明材料折射率的方法很多。最小偏向角法具有测量精度高、被测折射率的大小不受限制、不需要已知折射率的标准试
    发表于 07-17 09:54 13次下载

    光纤Bragg光栅折射率调制特性研究_姚琳琳

    光纤Bragg光栅折射率调制特性研究_姚琳琳
    发表于 03-19 19:04 0次下载

    光纤通信之渐变折射率光纤

    传输距离,但成本较高,现在的多模光纤多为渐变型光纤。渐变光纤的包层折射率分布与阶跃光纤
    发表于 11-21 14:57 9次下载
    <b class='flag-5'>光纤</b>通信之渐变<b class='flag-5'>折射率</b><b class='flag-5'>光纤</b>

    单模光纤和多模光纤的区别是什么

    单模光纤和多模光纤有什么区别呢?折射率的不同:单模光纤多采用阶跃折射率分布。多模
    的头像 发表于 07-24 11:39 3.2w次阅读

    通过改变常规阶跃折射率的大模场渐变折射率光纤设计

    模式,但光纤的物理特性被设计成抑制高阶模式。因此,所 需的激光基横模可以分布在大的横截面上,从而降低对光纤的潜在的 与光相关的损伤(以及光学非线性)。 制造实用型LMA光纤的努力,通常
    的头像 发表于 03-19 16:03 2848次阅读
    通过改变常规阶跃<b class='flag-5'>折射率</b>的大模场渐变<b class='flag-5'>折射率</b><b class='flag-5'>光纤</b>设计

    &quot;梯度折射率&quot;光学中的3D打印特种玻璃

    自然界中存在一种罕见的光学现象“海市蜃楼”,表现为在海面或沙漠上空出现高楼、树木的景象。该现象是由于这些地方大气的温度和密度分布不均,引起折射率的梯度分布,从而导致物体的光线发生
    的头像 发表于 01-06 11:44 2268次阅读
    &quot;梯度<b class='flag-5'>折射率</b>&quot;光学中的3D打印特种玻璃

    光纤折射率传感器在环氧树脂固化过程进行实时监测

    光纤传感技术对环氧树脂固化过程进行实时监测可通过光纤的包层去掉构成光纤折射率传感器, 利用环
    的头像 发表于 01-25 14:39 1790次阅读

    UV胶水折射率是什么,不同折射率的UV胶水应该如何选择

    在了解和选择UV胶水的时候,我们经常会看到个参数是折射率。很多客户在购买UV胶水的时候也会特意强调胶水折射率数值高低,那么UV胶水折射率到底是什么意思呢?其实
    的头像 发表于 07-05 09:35 4451次阅读

    可用于设计光子传感器的梯度折射率PhCR结构

    首次提出了一种具有指数梯度折射率分布新型光子晶体谐振器(PhCR)结构来调节和改变光的色散特性,其灵敏度比常规的阶梯
    的头像 发表于 02-06 11:19 1845次阅读