大模场多模光纤的传输动力学特性研究

论文摘要

近年来,高功率脉冲光纤激光器的研究越来越引人关注。模场面积限制了其输出功率和脉冲能量的提高。然而大模场光纤的实现,为脉冲光纤激光器功率和能量的提高提供了可能性。大模场光纤能有效地抑制光纤中的非线性效应,提高光纤的抗损伤能力,实现高光束质量输出,其在高功率光纤激光器的研究领域的发展具有广阔前景。大模场光纤在实际应用中大多采用模式控制的多模光纤,目前主要包括阶跃折射率光纤、渐变折射率光纤和多芯光纤。多芯光纤是由单独的单芯光纤阵列形成,包括纤芯独立型和纤芯耦合型光纤,其中纤芯耦合型多芯光纤已成功地应用于光纤激光系统,为短光纤、低非线性、高功率激光器提供新的可能性。本论文针对大模场多模阶跃折射率光纤与多芯光纤的模式传输动力学特性进行了研究,论文主要工作如下:1.从麦克斯韦方程组出发,推导出多模光纤的波动方程及传输方程,对大模场多模光纤的模场分布理论进行分析;研究了耦合模理论,推导了多芯光纤的耦合模方程,对大模场多模光纤的模式耦合进行分析;通过广义多模非线性薛定谔方程的分析,对多模光纤的模式传输特性及非线性效应进行了详细的理论研究。2.基于大模场多模光纤的模场分布理论及模式耦合分析,模拟仿真大模场阶跃折射率光纤的7种模式的模场分布,以及在不同的入射脉冲能量及初始脉冲宽度条件下,分析了7种模式的脉冲和光谱演化的时域和空域特性,对大模场阶跃折射率光纤的模式传输特性进行研究。3.详细研究了多芯光纤中的耦合模理论,推导了多芯光纤的耦合模方程,分析了多芯光纤中各个超模模式之间的耦合特性;通过模拟仿真,得到多芯光纤的各个超模的模场分布,并且与大模场阶跃光纤的模拟结果进行对比分析。4.首次利用广义多模非线性薛定谔方程对多芯光纤的多超模模式传输特性进行研究。通过数值模拟,在不同的入射脉冲能量及初始脉冲宽度条件下,详细分析了多芯光纤的7种超模模式的脉冲和光谱演化的时域和空域特性;对多芯光纤中不同超模模式占主导的模式传输特性以及模式控制过程进行研究,并与实验结果进行对比。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
•   1.1 大模场多模光纤的研究背景及意义
•   1.2 大模场多模光纤的研究现状
•   1.3 本论文主要研究内容
• 第2章 大模场多模光纤的模式特性研究
•   2.1 大模场多模光纤的模场分布理论
•     2.1.1 特征方程
•     2.1.2 模场分布
•   2.2 大模场多模光纤的模式耦合分析
•     2.2.1 光束质量因子
•     2.2.2 耦合模理论
•   2.3 广义多模非线性薛定谔方程
•     2.3.1 多模光纤中的线性传播
•     2.3.2 多模光纤中的非线性效应
• 第3章 大模场阶跃折射率光纤的模式传输特性研究
•   3.1 模场分布及模式色散特性
•   3.2 模式传输特性分析
•   3.3 本章小结
• 第4章 大模场七芯光纤的模式传输特性研究
•   4.1 模场分布及模式色散特性
•   4.2 模式传输特性分析
•   4.3 模式控制特性分析
•   4.4 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘倩

导师: 詹仪

关键词: 广义多模非线性薛定谔方程,多模光纤,多芯光纤,超模模式,模式耦合,模式控制

来源: 曲阜师范大学

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: 曲阜师范大学

分类号: TN253;TN248

总页数: 54

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