非傍轴厄米-高斯光束及其高阶修正

使用级数修正公式研究了非傍轴厄米 高斯光束的传输。用数值计算例子说明了修正公式的适用范围。结果表明 ,在束宽可与波长相比时 ,修正公式是发散的 。

高功率光子晶体光纤激光器实验研究

利用F-P谐振腔实验研究了高功率掺Yb3+光子晶体光纤激光器。使用915 nm和976 nm两种波长的泵浦源进行双端泵浦,在23 m长的双包层光子晶体光纤中获得了552 W的连续单模激光输出。该激光器的斜率效率约为76%,光-光转换效率为56%,光谱中心波长为1078 nm,光束质量平方因子为1.2。

掺Yb^(3+)光纤放大器的自发辐射噪声分析

为了研究掺 Yb^(3+)光纤放大器中自发辐射噪声分布情况,利用离散化的方法求解掺 Yb^(3+)光纤放大器的速率方程,理论研究了不同的抽运方式、端面反射率、抽运功率以及有无滤波等条件下,端面抽运掺 Yb^(3+)光纤放大器中自发辐射的功率放大特性。结果表明,不同边界条件下的自发辐射功率差异较大;通过减少光纤端面的菲涅耳反射和利用滤波技术等方法,可有效抑制光纤激光放大器中自发辐射噪声的功率放大。

高功率光子晶体光纤激光器实验研究

从光纤热传导方程出发,研究了不同泵浦光吸收系数对光纤激光器沿光纤长度方向温度分布的影响。结果表明,低吸收系数光纤泵浦端温度相对较低,分布较为平缓,有效减缓光纤的热损伤。根据理论分析结果,实验中选择了吸收系数为1.45 dB/m的掺Yb3+双包层光子晶体光纤作为增益介质,在泵浦光功率为560 W时,获得了428.5 W的高功率单模连续输出,斜率效率为76.5%,光束质量因子M2<1.2。由于泵浦端光纤温度较高,实验中对光纤两端进行了主动冷却,并且在离光纤端面约25 cm处的光纤表面温度进行实时测量,结果发现随着泵浦光功率的增加,光纤表面温度均匀增长,最高温度为310 K,温度正常。

2×2全光纤激光器阵列部分相干合成的实验研究

对2×2全光纤激光器阵列的部分相干合成进行了实验研究。将四台全光纤激光器阵列分为两组,组内两光纤激光器通过一个对激光波长具有一定反射率的光纤光栅实现腔模互注入相位锁定,而两组激光阵列元之间非相干。四束激光经一个四面直角棱镜反射后尽量接近并实现对称排布。获得两组清晰的干涉条纹,条纹最大可见度分别约为43%和38%。整个激光器阵列在泵浦光总功率为1624W时获得925W高功率部分相干输出。在合成光束占空比为0.54时,合成光束的光束质量BQ值约为1.95。激光器阵列由全光纤元件组成,系统结构紧凑,在长时间的高功率合成实验中,性能稳定,没有观察到光热损伤现象。

数值模拟亚纳秒脉冲产生超连续谱的一种改进方法(英文)

提出了一种基于分步傅里叶方法的二次采样法,用以模拟和分析亚纳秒脉冲泵浦光子晶体光纤产生的超连续谱特性。通过此方法在广义非线性薛定谔方程上的应用,在超连续谱模拟中显著缩短了运算时间,模拟结果与实验符合很好。同时还对模拟光谱与实验结果间的细微差别做了讨论。通过此方法,模拟了1.8m晶体光纤中产生的1.15 W续谱和光谱沿光纤长度的演化,为超连续谱实验研究的优化设计提供了依据。

光子晶体光纤放大器增益特性的实验研究

采用掺Yb3+双包层光子晶体光纤作为放大器的增益介质,在双端泵浦方式下,理论并实验研究了不同信号光时放大器的增益特性。在双端泵浦方式下,泵浦总功率为150.2 W、信号光功率为6 W时,获得了72 W的功率输出,斜率效率达到了60%。实验发现当泵浦总功率超过一定值时,由光纤端面反射形成的振荡腔引起放大器寄生振荡,并由于各种非线性效应出现了自脉动现象,影响了输出功率的进一步提高。

空心高斯光束通过光阑透镜系统的传输特性

为了研究空心光束通过硬边光阑透镜傍轴ABCD光学系统后的传输特性,利用柯林斯衍射积分公式,推导出了空心高斯光束通过受圆孔硬边光阑限制的傍轴ABCD光学系统的传输公式,所得公式可用来描述空心高斯光束通过任意傍轴ABCD光学系统的传输。研究了光阑、透镜以及光阑透镜系统对空心高斯光束传输特性的影响,并用数值例做了详细说明。结果表明,光阑和透镜均会使光束的光场分布向源平面前移,光阑会破坏空心高斯光束的空心性,而单纯的透镜只改变光场分布,不会破坏光束的空心性。这一结果对于空心光束的产生和应用有理论指导意义。

折射率调制深度误差对切趾啁啾光纤光栅特性的影响

从耦合模方程出发,用一种矩阵方法分析了折射率调制深度误差对切趾啁啾布拉格光纤光栅传输特性的影响。结果表明:折射率调制深度误差的分布频率越高,光栅传输特性受到的危害越小;误差平均幅值越高,光栅传输特性的劣化程度越大。因此,在光栅的制作过程中,应注意避免和减小高幅值误差,并注意减少低空间频率分布的误差。

千瓦级掺Yb^3＋双包层光纤激光器的热分析

针对千瓦级Yb3+光纤激光器的特殊结构,在同时考虑光纤表面的对流换热和辐射换热条件下建立了热传递模型和一维稳态传热方程.结合该稳态传热方程和光纤激光器的速率方程,数值模拟了正向泵浦1000W和双端泵浦两端各500W的条件下沿光纤纵向和径向的温度分布.计算结果表明,双端泵浦的温度分布比正向泵浦的均匀,且光纤中的最高温度比正向泵浦时下降了135.9℃.将考虑辐射换热时光纤的温度分布和忽略辐射换热时的结果进行对比,后者的温度比前者高得多,表明辐射换热是光纤激光器非常重要的换热方式.最后,分析了双端泵浦以及光纤长度不变的条件下纤芯半径、包层半径以及表面传热系数对光纤内温度分布的影响.结果表明纤芯半径不会影响光纤表面温度,而加大表面传热系数以及增大包层半径可以有效地降低光纤表面及内部温度.

菲涅耳近似对硬边光阑衍射光束的适用性

使用基尔霍夫衍射积分公式和菲涅耳衍射积分公式对高斯光束通过方孔光阑的衍射进行了研究。给出了详细的数值计算结果并作了比较。研究表明 ,对一给定的束腰宽度w0 ,当w0 远大于波长λ时 ,菲涅耳衍射的有效范围与截断参数δ有关 ;若w0 与λ可比拟甚至更小时 ,则必须使用基尔霍夫衍射积分公式。

德拜公式的修正

从惠更斯-菲涅耳原理出发对德拜公式进行了修正,用修正后的公式同LI和WOLF给出的公式及原德拜公式,对汇聚球面波经圆孔衍射作了详细的计算和比较。研究表明,几何焦点附近,修正后的公式在小菲涅耳数时仍有效,在一定范围内解决了原德拜公式不能计算的焦移的问题。

熔锥光纤的模场传输特性分析

在近场光学显微镜、高功率光纤耦合器等应用场合,需要对熔锥光纤中的光场分布有更精确的了解。基于锥形函数,应用时域有限差分法模拟了熔锥光纤中的光场分布,分析了熔锥参数对单锥形光纤和双锥形光纤传输效率的影响,并与使用基模高斯近似得到的结果进行了比较。结果表明:使用基模高斯近似分析熔锥光纤的光场会产生较大误差;在形态分布对称的熔锥光纤中光场分布是非对称性的,基模场入射熔锥光纤后会在熔锥光纤中激发出泄漏模,对于单锥形和双锥形结构的熔锥光纤,初始熔融长度和拉伸长度对传输效率均有影响。应根据具体的应用情况,确定熔锥参数,以获得更高的传输效率。

非傍轴矢量高斯光束

对傍轴近似下的光束传输变换问题进行了广泛的研究。但是,当光束有大的发散角或与波长相比拟的小光斑尺寸时,傍轴近似不再成立。已发展了多种非傍轴方法用以研究非傍轴光束的传输问题。对非傍轴光束的研究方法作了总结,使用角谱表示法和瑞利衍射积分公式对非傍轴矢量高斯光束的传输作了分析和比较。结果表明,基于瑞利衍射积分公式推导出的非傍轴矢量高斯光束在自由空间传输的解析公式在传输距离远大于波长时是严格的解析结果,并且在有光阑的情况下也是适用的。光束的非傍轴性主要由f参数决定,但当有光阑存在时,截断参数也对光束非傍轴行为产生影响。

大模场啁啾光纤光栅的光谱特性(英文)

将一种矩阵算法拓展应用于数值求解多模耦合模微分方程,并使用该矩阵算法对大模场啁啾光纤光栅的光谱特性进行了理论研究。结果表明,大模场多模光纤光栅因模式的自耦合和互耦合而使反射谱存在多个反射峰,这与单模光纤光栅的反射谱不同。由于光栅周期存在啁啾,大模场光纤光栅的反射峰分裂,且峰值反射率减小。使用高斯切趾函数可使反射峰分裂在一定程度上得到改善。

会聚球面波圆孔衍射的一般积分式

分别从菲涅尔基尔霍夫和瑞利索莫非衍射积分公式出发,导出了考虑倾斜因子后会聚球面波经圆孔衍射的一般衍射积分表达式。所得公式不仅可计算衍射场的焦移,而且对弱聚焦和强聚焦情况均适用。并与Li和Wolf公式的结果进行了比较,结果证实所得公式适用广泛。

环状光纤单模条件和远场能量分布特性(英文)

基于弱波导近似,通过数值计算得出了环状光纤保持单模状态时对芯-包层折射率差值和导光层厚度的要求,同时讨论了这些设计参数对远场能量分布的影响。计算结果表明:当环状光纤工作在单模状态时,从光纤出射的环形光束衍射至远场时形成一个中央亮斑,具有很高的能量集中度。此外,减小芯-包层折射率差值与导光层厚度有利于进一步减小远场衍射的光斑宽度。

光纤激光及其相干合成光场的准确分析

为了准确地研究光纤激光及其相干合成光束的远场传输特性,采用将 LP_(01)模分解为许多不同拉盖尔-高斯模叠加的方法,分析了 LP_(01)模以及多个光纤激光相干合成光束的传输光场分布和光束质量,并与用高斯函数表示的光纤激光的光场进行了比较。分析中发现,基模高斯光束与 LP_(01)模的初始场分布基本相同,但传输后的光场分布会产生较大误差,在光纤激光相干合成光场的分析中两者间的差别也非常明显。结果表明,为更准确地分析光纤激光及其相干合成光束的传输特性,光纤激光的模场表达式应采用拉盖尔-高斯模的叠加式。

单模光纤波导模的傍轴传输特性

将LP01模表示成用拉盖尔-高斯模线性叠加的形式,利用柯林斯公式推导出单模光纤波导模通过傍轴ABCD光学系统的解析传输公式。用所得的解析公式对LP01模在自由空间的传输和聚焦特性作了研究,并和高斯基模进行了比较。数值计算结果表明,用高斯基模描述LP01模会产生一定误差。LP01模经过透镜聚焦后存在焦移,且焦移随着菲涅尔数传输特性的减小而增大。选择合适的菲涅尔数聚焦后,LP01模会出现长焦深,这是与聚焦的高斯模所不同的。

相干组束光纤激光干涉图样分布研究

为了研究两相干组束光纤激光的干涉图样的分布特征,采用数值计算和实验相结合的方法,对干涉图样进行了理论分析和实验验证,取得了在不同光束间距及不同傅里叶透镜焦距下的干涉图样分布图。干涉图样的条纹分布和条纹可见度主要受到激光光束间距、傅里叶变换透镜焦距以及光束束腰半径等参量的影响。随着光束间距的增大,干涉条纹间距减小,条纹数目增多,条纹可见度减小;傅里叶变换透镜焦距增大时,干涉条纹数目没有明显变化,条纹间距略有增加,条纹可见度增大。这一结果对相关实验工作将有一定帮助。