基于耦合作用的大模场面积单模多沟槽光纤的仿真设计与研究

论文摘要

光纤激光器由于具备稳定性好、柔韧性强、光束质量好、能量集中、损耗低等特点,因此吸引了各国研究者们的关注。而由于需求的日益增长,使得光纤激光器逐渐朝高功率输出的方向而发展。然而高功率信号在光纤里面传播时会导致非线性效应,而大模场面积光纤则被认为是克服该难点非常有用的手段之一。因此,本文的研究内容是对同时具备大模场面积与低弯曲损耗的单模光纤的结构设计与性能分析。本文的主要工作如下:(1)介绍了大模场面积光纤的研究现状,并说明了相关的仿真分析方法及边界条件的设置。而本文主要是从有限元仿真方法出发,并通过结合完美匹配层来展开研究。同时,针对弯曲会使光纤的折射率出现失真这一现象,提出了弯曲光纤的等效折射率模型。(2)对本文所关注的主要性能指标展开说明与分析,主要包括:大模场面积特性、低弯曲损耗特性与单模运作特性。主要性能指标的实现原理如下:对于大模场面积特性,主要通过耦合作用来实现;对于低弯曲损耗特性,则通过增大数值孔径来实现;对于单模运作特性,利用高阶模的抑制作用来完成。(3)设计了一种基于渐变型耦合环与多沟槽的双层纤芯光纤结构,并就其性能展开分析。主要的设计原理为:利用双层纤芯结构与渐变型耦合环结构,有助于光纤获得较大的模场面积;而渐变型耦合环除了可以发挥上述作用外,还能够提高抗弯曲性能;利用多沟槽结构,可以增大数值孔径,从而降低弯曲损耗并提高传输效率。仿真结果表明,在1550nm的工作波长条件下,可以实现大约2207μm2的模场面积,弯曲损耗则降至约0.048dB/m,通过对高阶模的抑制作用,该光纤可以实现单模运作。与此同时,通过误差分析与波长依赖性分析,说明了光纤的稳定性。(4)设计了一种基于渐变型多层纤芯与多沟槽的光纤结构,并就其性能展开分析。就低弯曲损耗特性而言,通过引入多沟槽结构可以有效降低弯曲损耗,从而实现较高的传输效率。就大模场面积特性而言,则是利用渐变型多层纤芯的耦合作用,使模场向外耦合过渡,从而增大模场面积。仿真工作是基于1550nm的波长而展开的。结果表明,模场面积大约可以实现2180μm2,弯曲损耗则降至约0.054dB/m,而对于其单模运作特性,依然通过对高阶模的抑制作用得以实现。同时,对光纤进行了误差分析与波长依赖性分析。

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 佟月

导师: 田慧平

关键词: 大模场面积,低弯曲损耗,单模运作,耦合作用,多沟槽

来源: 北京邮电大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,物理学,无线电电子学,无线电电子学

单位: 北京邮电大学

分类号: TN253;TN248

总页数: 69

文件大小: 6149K

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标签：大模场面积论文;  低弯曲损耗论文;  单模运作论文;  耦合作用论文;  多沟槽论文;