光子晶體光纖在光纖雷射器中的應用分析

2020-12-07 OFweek維科網

　　引言

　　光纖雷射器作為雷射領域的新興技術， 近年來成為科學研究領域的熱點問題。光纖雷射器採用光纖作為增益介質，泵浦光在纖芯內形成高功率密度，當加入正反饋迴路時，便產生雷射輸出。對於採用常規光纖的光纖雷射器，要求注入到纖芯的泵浦光為單模，這就限制了泵浦光的入纖效率。且當雷射器高功率運轉時，由於纖芯的非線性效應，也將限制輸出功率的極限值。光子晶體光纖由於其靈活的光學可控性和特殊結構，可具有大模面積且保持無限單模的特性， 有效地克服了常規光纖的設計缺陷。以這種具有新穎波導結構和特性的光纖作為有源摻雜的載體， 並把雙包層概念引入到光子晶體光纖中， 將使光纖雷射器的各種性能有了顯著提高[4]。因此，基於光子晶體光纖的光纖雷射器以其高輸出功率、低閾值、高效率、窄線寬和可調諧等優點，其發展和應用得到了社會各方面的廣泛關注。本文將主要結合大模面積雙包層光子晶體光纖的結構特點， 系統分析光子晶體光纖在高功率光纖雷射器領域的最新進展和應用前景, 並介紹我們課題組最新製備的各種結構新穎的稀土摻雜光子晶體光纖。

　　1 大模面積雙包層光子晶體光纖

　　大模面積光子晶體光纖是通過設計光子晶體光纖的微結構來獲得大模場單模面積的一種新型特種光纖，其纖芯密度大為降低，有效地抑制了久難解決的熱光問題。

　　我們設計了八角排列光子晶體光纖(O-PCF)並採用有效面積法研究其模式截止特性。圖1(a)和(b)分別為二階模有效面積和基模有效面積隨波長的變化關係。通過計算不同結構O-PCF 和六角排列光子晶體光纖(H-PCF)二階模和基模的截止波長，得到了兩種光纖非限制模，基模和二階模的相位圖，如圖1(c)。其中介於非限制模和二階模兩條相位線之間的區域為單模傳輸範圍，並且可以很容易看出在相同填充率時O-PCF的單模運轉區域要比H-PCF 的寬。所以通過設計靈活設計包層結構，可以很好地實現大模場面積，並且保持單模運轉的光子晶體光纖。

圖1 O-PCF與H-PCF二階模和基模有效面積隨波長的變化關係及相位圖

相關焦點

  • 保偏光子晶體光纖雷射器實驗研究
    折射率引導型光子晶體光纖(photonic crystal fiber，PCF)，可通過調整光纖空氣孔徑和空氣孔周期比(d／A)，及內外包層中空氣孔的大小和密度，實現大單模模場面積及大內包層數值孔徑設計，同時纖芯的高濃度稀土摻雜為採用較短長度的光纖構建大功率雷射器提供了可能。深圳大學在光子晶體光纖雷射器研究領域已經取得了一定進展。
  • 光子晶體光纖催化中國光纖行業
    可見，光子晶體保偏光纖對於在惡劣應用環境下(如：太空輻照環境中)的高精度光纖陀螺，具有不可替代的作用。(2)高功率光纖雷射器和新型光纖傳感光子晶體光纖採用毛細管堆疊拉制，雷射器增益光纖和刻制光纖光柵所需要的在纖芯中的摻雜變得非常容易，只需在排列時採用含有稀土元素摻雜的毛細棒替換中心毛細管即可;光子晶體光纖可以設計成高數值孔徑(NA)包層，有利於泵浦光的耦合;同時可以設計成大模場、低非線性，可支持高功率、高光束質量的雷射輸出
  • 光子晶體光纖的特性及應用發展趨勢
    1998年J.C.Knight等在《Science》首次報導「光纖中的光子帶隙導波效應」，發現類似電子能帶來的光子帶隙效應，並製備出光子帶隙型光子晶體光纖。1999年，R.F.Cregan等在《Science》首次報導「空氣芯單模光子帶隙光纖」。2003年，P.St.J.Russel在《Science》發表光子晶體光纖的論文，闡述了光子晶體光纖的新穎特性與應用前景。
  • 【研究】光子晶體光纖的特性及應用發展趨勢
    1．光子晶體光纖雷射器光纖雷射器已經廣泛應用於雷射切割、雷射焊接、雷射鑽孔、雷射雕刻、雷射打標、雷射雷達、傳感技術和空間技術以及雷射醫學等領域。國際上，摻鐿光纖雷射器單根光纖已經實現了9600W的單模雷射功率輸出。2016年，我國摻鐿光纖雷射器的單纖輸出雷射功率達到5kW。
  • 【分析】光子晶體光纖發展現狀及趨勢解析
    廉博士師從EDFA奠基人，英國著名的南安普頓大學David Payne教授，對於特種光纖，尤其是光子晶體光纖等有很深入的研究。聽說廉博士從南安普頓回來，編輯景仰之情難以表達，當然也要藉此機會向廉博士好好討教。光子晶體光纖是當前光通信領域前沿的熱點課題。在通訊，傳感，雷射器等各個領域都有著廣泛的應用前景。前面幾年一度在學術界非常熱門，但是這一兩年熱度有所退潮。編輯請教背後的原因。
  • 光子晶體光纖及其應用
    ——光子晶體光纖已經在很多科研技術領域得到了應用。文章綜述了光子晶體光纖的研究進展，給出其分類，並重點介紹了光子晶體光纖在超短脈衝、光頻測量、光纖通信等科研領域的重要應用以及未來的發展前景。作為創始人，他們當初是在如何通過光纖將光子晶體技術與光子能帶技術聯繫起來的奇思妙想中引發研究興趣的，「那簡直是一種令人無法想像的困難，幾乎沒有人認為這是可能的，因為你要在微米的尺度上營造出多孔結構，但是，最終我們取得了成功」，1996年Russell St J p和他的組員Knight J C等人首次在實驗室成功製作出光子晶體光纖，隨後各種不同結構的光子晶體光纖相繼產生。
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    在介紹光子晶體光纖的製作、導光原理和特點的基礎上，研究了普通光纖不具備，而光子晶體光纖所具有的無休止的單模特性、奇異的色散特性、可控的非線性和易於實現的多芯傳輸等特點。研究結果表明，光子晶體光纖在光纖傳感器、光子晶體天線、超寬色散補償、光學集成電路等多方面具有廣泛的應用前景。
  • 3分鐘了解光子晶體光纖
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    中科院上海光機所高非線性石英光子晶體光纖研製取得進展   本報訊 中國科學院上海光學精密機械研究所研究員廖梅松帶領非線性光纖課題組劉垠垚、吳達坤等人，在高非線性光子晶體光纖的研製方面取得了新進展。 由於高非線性光子晶體光纖具有普通階躍型光纖所不具備的特殊色散和高非線性，是產生超連續譜雷射的核心器件。超連續譜是一種具有超寬的光譜和高度方向性的高亮度寬帶光源，在生物醫學、超快光譜學、光纖通信、高分辨成像、傳感技術等方面有著重要應用。 高非線性石英光子晶體光纖由多圈尺寸在波長量級的空氣微孔包圍細小的纖芯構成，其結構精細複雜，拉制工藝難度極高。
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  • 光子晶體光纖改變超短脈衝的波長
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    [1] 光子晶體和納腔       光子晶體雷射器中的納腔是半導體微結構中的一個「缺陷」區域。在半導體中蝕刻一系列孔，從而在微結構區域的兩種材料――空氣和高折射率半導體之間產生巨大的折射率差。高折射率差形成一個帶寬為幾百納米的光子帶隙，在帶隙區域，光無法傳輸。
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    7/7/2017，2017年4月，北京航空航天大學儀器科學與光電工程學院光電技術研究所研製的高精度光子晶體光纖陀螺實現了在「天舟一號」貨運飛船上首次搭載飛行，獲圓滿成功，這是國際上光子晶體光纖陀螺的首次空間應用，驗證了光子晶體光纖陀螺作為新一代光學陀螺的技術可行性。
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  • 大模場光子晶體光纖研製成功—新聞—科學網
    本報上海7月10日訊（記者黃辛）今天，記者從中科院上海光機所獲悉，該所陳丹平與胡麗麗率領的石英光纖材料課題組在大模場有源光子晶體光纖的研製方面取得了重要進展