中国科学院上海光学精密机械研究所，上海 201800
掺镱大模场光子晶体光纤在高峰值功率超快激光放大器中有着重要的应用价值，其研究得到了广泛关注。首先简要介绍了国内外掺镱大模场光子晶体光纤的研究进展，阐述了掺镱大模场光子晶体光纤的基本设计思路，对比说明了保偏型掺镱光子晶体光纤的设计制备方法。重点介绍了近十年来中国科学院上海光学精密机械研究所在掺镱大模场光子晶体光纤方面的研究进展。包括掺镱大模场光子晶体光纤的纤芯折射率大小和均匀性控制、光子晶体光纤微结构控制等关键技术。采用自主研制的四种芯径为40~100 μm的掺镱大模场光子晶体光纤开展了皮秒脉冲激光放大实验。利用40 μm芯径的保偏掺镱光子晶体光纤实现了平均功率为100 W、光束质量因子（M2）小于1.4的稳定输出，偏振消光比为12 dB。利用100 μm芯径的保偏掺镱大模场光子晶体光纤实现了M2小于1.5的高光束质量脉冲放大。上述研究为掺镱大模场光子晶体光纤的国产化应用奠定了基础。
光纤光学 掺镱石英玻璃 大模场光子晶体光纤 皮秒脉冲激光放大 光纤激光
强激光与粒子束
2023, 35(12): 121002
红外与激光工程
2023, 52(3): 20220551
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
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
华北电力大学 电气与电子工程学院， 河北 保定 071003
提出了一种具有双模大模场面积的多芯光纤，建立了该多芯光纤的电磁场模型并采用有限元方法对其进行求解。基于该模型研究了光纤的模式特性和弯曲特性，系统分析了纤芯间距、纤芯半径和芯包折射率差对光纤模式特性和基模有效模场面积的影响。结果表明：通过引入空气孔并适当减少纤芯间距、纤芯半径和芯包折射率差，该光纤能实现严格的双模传输。保持双模传输时，通过增大纤芯间距，减小纤芯半径和芯包折射率差均有助于增大基模的模场面积。通过调整结构参数，在近似满足双模传输的条件下，光纤的基模模场面积在平直状态下可达到3155μm2。
多芯光纤 双模 大模场面积 弯曲损耗 multicore fiber dualmode largemodearea bending loss
