1 南京邮电大学电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院，江苏 南京 210023
2 南京邮电大学材料科学与工程学院，江苏 南京 210023
提出了一种面向2.0 μm的新型异质螺旋包层结构的大模场单模光纤，基于坐标变换理论，采用有限元仿真技术，建立了三维螺旋光纤的二维仿真模型，分析了光纤的模式传输特性，得到了优化的光纤参数，使得基模传输损耗小于0.1 dB/m，高阶模传输损耗大于10.0 dB/m，单模芯径达66 μm，模场面积约为2360 μm2。当光纤弯曲时，螺旋狭缝宽度值减小到9 μm附近。螺距增加到26 mm、光纤弯曲半径最小为33 cm时，基模传输损耗为0.10 dB/m，高阶模传输损耗大于10.08 dB/m。所提出的螺旋结构大模场光纤的螺距较长，属于全固态结构，参数之间可相互协调，有利于光纤的制备和使用，模式分辨本领达到大模场单模光纤相关要求，有望在高功率光纤激光器中获得良好的应用。
光纤光学 大模场光纤 模式传输特性 弯曲损耗特性 光学学报
2022, 42(20): 2006005
1 忻州师范学院 电子系，山西 忻州
2 北京交通大学光波技术研究所，北京
针对七芯大模场多芯光纤进行选模方式的研究，分别研究了传统塔尔伯特腔选模方式与微芯径选模方式。以七芯光纤为例，对传统塔尔伯特腔选模方式进行理论分析与仿真，对多芯光纤中各个超模与其他模式的耦合因子进行分析。另外分析了一种新型选模机制，即利用微芯径光纤进行选模。并与传统塔尔伯特腔进行比较，证明微芯径光纤选模机制对多芯光纤中同相位超模的选择更方便简单，在实际应用中具有很大潜力。
多芯光纤 选模方式 大模场 空气孔 multi-core fiber mode selection large mode area air holes
1 华中科技大学武汉光电国家研究中心，湖北 武汉 430074
2 武汉长进激光技术有限公司，湖北 武汉 430223
3 上海保隆汽车科技股份有限公司，上海 201619
基于改进的化学气相沉积(MCVD)工艺和溶液掺杂法，成功制备出25 μm/ 300 μm大模场铒镱共掺光纤，并研究了其激光放大性能。该光纤的纤芯数值孔径为0.12，940 nm包层的吸收系数为2.85 dB/m。搭建了全光纤主振荡功率放大(MOPA)结构测试平台，当铒镱共掺光纤长度为8 m，940 nm泵浦光功率为141 W时，输出功率最大为61.7 W，斜率效率达到42%，输出光谱没有观察到明显的放大自发辐射(ASE)。
激光器 光纤激光器 铒镱共掺 大模场面积光纤 高功率激光 中国激光
2022, 49(13): 1301004
1 中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光单元技术实验室, 上海 201800
2 国科大杭州高等研究院物理与光电工程学院, 浙江 杭州 310024
在高功率激光运转条件下,掺杂稀土离子的量子亏损和玻璃材料的本征吸收均会造成光纤放大器中增益光纤温度的整体上升与梯度分布。在热平衡状态下,光纤材料的热光效应将会诱导光纤横向折射率的再分布,引发高功率激光运转条件下增益光纤模式特性的改变。为此,利用多物理场有限元建模的数值计算方法对高功率激光运转条件下大模场掺镱石英光纤的热致模式特性展开系统研究,分析总结大模场增益光纤的模式特性在不同激光运转功率、增益光纤设计参数(纤芯直径、数值孔径、热光系数)和光纤弯曲使用条件下的变化规律。结果表明,随着激光运转功率的增加,纤芯和包层之间的温差会变大,从而导致光纤的归一化参数V值增大,最终使模式的传输损耗系数减小,模式在纤芯区域的功率因子增大。
激光光学 大功率激光光纤放大器 有限元仿真 大模场掺镱石英光纤 模式特性 热光效应 光学学报
2022, 42(10): 1014003
中国电子科技集团公司 第四十六研究所，天津 300220
针对人们对特种光纤的不断增长需求，介绍了基于多谐振耦合机理的异质包层(HC)结构全固光子带隙光纤(AS-PBGF)的工作原理，以及该种结构光纤在实现大模场面积、单模运转和低弯曲损耗等特性的优势。从无源光纤和有源光纤角度分类，着重总结并分析了近些年国际上相关课题组对此种结构光纤的研究报道与进展。最后，展望了基于多谐振耦合机理的HC结构AS-PBGF的应用方向。
全固光子带隙光纤 大模场面积 异质包层 多谐振耦合机理 all-solid photonic bandgap fibers large mode area heterostructured cladding multiple resonant coupling mechanism
Author Affiliations
Abstract
1 Key Laboratory of All Optical Network & Advanced Telecommunication Network of EMC, Institute of Lightwave Technology, Beijing Jiaotong University, Beijing100044, China
2 Science and Information College, Qingdao Agricultural University, Qingdao266109, China
A kind of tapered segmented cladding fiber (T-SCF) with large mode area (LMA) is proposed, and the mode and amplification characteristics of T-SCFs with concave, linear, and convex tapered structures are investigated based on finite-element method (FEM) and few-mode steady-state rate equation. Simulation results indicate that the concave tapered structure can introduce high loss for high-order modes (HOMs) that is advantageous to achieve single-mode operation, whereas the convex tapered structure provides large effective mode area that can help to mitigate nonlinear effects. Meanwhile, the small-to-large amplification scheme shows further advantages on stripping off HOMs, and the large-to-small amplification scheme decreases the heat load density induced by the high-power pump. Moreover, single-mode propagation performance, effective mode area, and heat load density of the T-SCF are superior to those of tapered step index fiber (T-SIF). These theoretical model and numerical results can provide instructive suggestions for designing high-power fiber lasers and amplifiers.
bending loss heat load density high-order modes filtering large mode area tapered fibers High Power Laser Science and Engineering
2021, 9(2): 02000e32
1 西南科技大学 理学院, 绵阳 621010
2 西南科技大学 计算机科学与技术学院, 绵阳 621010
为了改善高功率光纤激光器的非线性效应, 提出并设计了一种新型的无源、单模、低损耗、大模场的光子晶体光纤结构。利用时域有限差分法并结合完美匹配层边界条件, 分析了光子晶体光纤有效模场面积的影响因素, 得到光子晶体光纤性能随波长及几何结构的变化规律, 从而得到实现更大模场面积的结构参量。结果表明, 保证单模传输的情况下, 在1.064μm波长处, 优化设计的大模场光子晶体光纤有效模场面积可达3118.4μm2, 对应的非线性系数可低至5.68×10-5 m-1·W-1, 限制损耗可降低到4.55×10-7 dB·m-1。该光纤具备低损耗、低非线性和大模场面积等特性, 在实现光子晶体光纤激光器高功率、高光束品质激光输出方面具有重要应用。
光纤光学 光子晶体光纤 时域有限差分法 大模场面积 低限制损耗 fiber optics photonic crystal fiber finite difference time domain method large-mode area low confinement loss
1 中国科学院上海光学精密机械研究所，上海 201800
2 中国科学院上海光学精密机械研究所，上海 201800；中国科学院大学 杭州高等研究院，浙江 杭州 310024
基于自制的掺镱大模场光子晶体光纤，探索出一种高效快速的光子晶体光纤端面处理工艺。使用二氧化碳激光熔接机对光子晶体光纤进行旋转加热处理，并配合大口径光纤切割刀对塌缩区域进行切割。通过对比光纤在不同激光加热功率和加热时间下的塌缩效果，确定了最佳的加热功率和时间。对端面处理后的光纤进行激光震荡实验，测试光纤的激光性能，与未进行端面处理时的激光实验结果相比较，端面塌缩处理没有对光纤的激光性能产生较大的影响。通过所述的实验方法，成功得到高质量光子晶体光纤塌缩端面，空气孔塌缩界面齐整，且没有对光纤本身的激光性能产生较大的影响。实验工艺周期短、成功率高，证明利用激光加热塌缩来处理光子晶体光纤端面是一种非常有效的方法，极大地拓展了光子晶体光纤的使用范围，具有很强的实用价值。
光子晶体光纤 大模场光纤 二氧化碳激光 光纤塌缩 photonic crystal fiber large mode area fiber carbon dioxide laser fiber collapse 红外与激光工程
2020, 49(12): 20201065
1 中国科学院西安光学精密机械研究所 瞬态光学与光子技术国家重点实验室, 陕西 西安 710119
2 中国科学院大学, 北京 100049
通过在周期性梳状折射率结构的最外层增加一个高折射率平台的方法，对梳状折射率分布大模场光纤的波导结构进行了优化，使其在模场面积、模场分布及抗弯曲性能方面都有明显提升。模拟研究结果表明，与已有单一梳状折射率分布的光纤相比，优化后的大模场光纤的模场面积提高了700 μm2以上，且在相同弯曲半径下，基模弯曲损耗由6 dB/m降低为0.1 dB/m。此外，通过对最外层高折射率平台的参数进行调制可实现不同的模场分布，包括高斯分布、平坦化分布和环状分布，满足特殊激光加工工业的应用需求。
光纤光学 大模场光纤 模场调制 弯曲损耗 激光加工 fiber optics large mode area fiber mode field modulation bending loss laser processing 红外与激光工程
2019, 48(9): 0918005
北京交通大学电子信息工程学院全光网络与现代通信网教育部重点实验室, 北京 100044
提出了一种新型的抗弯曲大模场面积光纤方案——双沟槽辅助型扇形瓣状光纤。与传统的扇形瓣状光纤及单沟槽辅助扇形瓣状光纤相比,该结构具有更大的模场面积和更好的高阶模抑制能力。研究结果表明:在弯曲半径为20 cm,波长为1.55 μm时,光纤的有效模场面积可达1096 μm 2,高阶模与基模损耗比大于100;此外,所提出的光纤对弯曲方向不敏感,弯曲方向在[-180°,180°]范围内变化时,光纤性能保持稳定。
光纤光学 光纤设计与制造 大模场面积 抗弯曲 单模运转 光学学报
2019, 39(10): 1006008
