论文部分内容阅读
超连续谱光源以其宽光谱、高强度、高空间相干性等特点，迅速成为人们研究的热点，在很多领域都得到了广泛的应用，尤其是高功率的超连续谱光源在国防领域更是有着重要的应用前景。大模场面积光纤的应用有效地解决了光纤非线性和光纤端面损伤的问题，为高功率超连续光源提供了高功率高脉冲能量的激光泵浦源，但是同时也带来了光束质量优化以及与小芯径光子晶体光纤熔接损耗高的问题。因此如何实现大模场光纤与小芯径的光子晶体光纤间高效率的模场匹配，就成为实现高功率超连续谱光源的关键问题之一。因为单模光纤与光子晶体光纤模场相差较小，熔接损耗较低，所以通常采用单模光纤作为大模场光纤与光子晶体光纤之间的过渡光纤。因此耦合效率高、热处理能力强的高功率大模场光纤到单模光纤的模场匹配器(Mode Field Adaptor，MFA)就成为产生高功率超连续谱的关键器件。 本文根据目前光纤模场匹配技术的发展现状，总结了现有技术的优缺点，利用熔融拉锥和热扩芯两种方法制作了具有剥离功能的全光纤化的高功率高耦合效率的MFA，结合实验室的现有条件做了如下工作: 理论部分:(1)基于光纤波动理论推导了锥形光纤的特征方程，应用BeamPROP软件分析了不同锥区形状的锥形光纤的功率变化特点，为光纤的低损耗拉锥提供了理论依据;(2)介绍了光纤在进行热扩芯处理后掺杂物质的扩散，折射率分布，模场分布，以及光在其中传输的特点。 实验部分:制作了不同种类光纤的MFA，并通过自行搭建的中心波长为1064nm的测试光源进行了测试。(1)对于包层尺寸相同，纤芯尺寸不同的光纤，利用热扩芯的方法实现了两种光纤的模场匹配。通过探究光纤的加热功率、加热时间以及加热长度对光纤MFA耦合效率的影响，制作了LMA-GDF-15/130μm到1060xp-6/125μm光纤的MFA。在输入功率为40W时， MFA的插入损耗小于0.3dB，耦合效率达到93％以上。将自制的MFA应用于67.9W超连续谱激光器样机中，得到了稳定的SC输出，此时MFA的通光功率达到134.7W，热处理能力达到37W。(2)对于纤芯和包层尺寸相差较大的光纤，利用熔融拉锥的方法实现了两种光纤的模场匹配。通过探究光纤的锥区长度与锥端直径对MFA耦合效率的影响，制作了LMA-GDF-25/250μm到LMA-GDF-15/130μm光纤的MFA，在输入功率为35W时，MFA的损耗小于0.35dB。(3)对于纤芯包层尺寸相差特别大的光纤，利用熔融拉锥与热扩芯相结合的方法实现了两种光纤的模场匹配，制作了LMA-GDF-25/250μm到1060xp-6/125μm光纤的MFA，在输入功率为35W时，MFA的损耗在0.7 dB左右。 与商用的MFA相比，自行制作的MFA具有耦合效率高，运行功率高，热处理能力强等特点，更有利于实现光纤激光系统的全光纤化，推动高功率光纤器件的发展。