增益-折射率復(fù)合導(dǎo)引大模場光纖的設(shè)計(jì)、制備與增益特性研究.pdf

1、增益導(dǎo)引-折射率反導(dǎo)引（GG-IAG）光纖作為一種新型大模場光纖的有效解決方案，從2003年提出至今一直受到研究者的廣泛關(guān)注。本論文結(jié)合GG-IAG光纖的基本工作機(jī)理，通過理論設(shè)計(jì)與仿真，研究了其激光閾值性能；在此基礎(chǔ)上，提出了增益導(dǎo)引-折射率交叉導(dǎo)引、增益導(dǎo)引-折射率交替導(dǎo)引兩種改進(jìn)型的大模場光纖結(jié)構(gòu)，并建立了相應(yīng)的理論模型，得到了一系列創(chuàng)新性研究成果；設(shè)計(jì)制備出摻釹磷酸鹽增益導(dǎo)引-折射率反（正）導(dǎo)引大模場光纖，對其激光性能進(jìn)行了系統(tǒng)

2、的研究，具體工作如下：
　　1.在傳統(tǒng)的激光器速率方程理論的基礎(chǔ)上，提出了新的改進(jìn)型速率方程并應(yīng)用于GG-IAG大模場光纖的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與仿真。通過解析解法，求得在單端泵浦和側(cè)面均勻泵浦條件下，摻釹磷酸鹽GG-IAG光纖激光器的閾值特性，研究了閾值特性與光纖參數(shù)之間的關(guān)系，給出了降低激光器閾值的優(yōu)化方案。
　　2.針對GG-IAG光纖端面泵浦效率低的問題，提出并建立了改進(jìn)型的增益導(dǎo)引-折射率交叉導(dǎo)引光纖結(jié)構(gòu)模型。首次通過解析法，

3、推導(dǎo)得到增益導(dǎo)引-折射率交叉導(dǎo)引光纖激光器在雙端泵浦條件下的閾值特性。結(jié)果顯示：增益導(dǎo)引-折射率交叉導(dǎo)引光纖激光器閾值比GG-IAG光纖的閾值有所降低，從而改進(jìn)了激光器的輸出特性。
　　3.首次提出了增益導(dǎo)引-折射率交替導(dǎo)引大模場光纖結(jié)構(gòu)的概念，建立了相應(yīng)的理論模型并構(gòu)建邊界條件。通過對光纖結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)計(jì)，可以保證其模場直徑在與GG-IAG光纖相同的條件下，仍然保持光的單模傳輸特性。研究了其在前向泵浦、后向泵浦和雙向泵浦條件下，泵

4、浦光和信號光的傳輸規(guī)律及其激光輸出特性；研究結(jié)果顯示，與GG-IAG光纖相比，增益導(dǎo)引-折射率交替導(dǎo)引光纖的激光閾值顯著降低，輸出激光效率明顯提高，解決了GG-IAG光纖輸出效率低下的問題，為實(shí)際應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)，豐富了GG-IAG光纖的理論體系。建立了增益導(dǎo)引-折射率交替導(dǎo)引大模場光纖三維溫度分布函數(shù)，研究了其在穩(wěn)態(tài)作用下，溫度隨光纖半徑方向和長度方向的分布特征，研究結(jié)果為光纖激光器的散熱提供解決方案。
　　4.對增益導(dǎo)引-折

5、射率反（正）導(dǎo)引光纖預(yù)制棒的纖芯和包層材料進(jìn)行了設(shè)計(jì)制備。研究了釹離子摻雜濃度對激光玻璃光譜性能的影響規(guī)律，通過J-O理論和McCumber理論等對光譜參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算表征，得到了光譜性能優(yōu)良的纖芯玻璃材料。通過對玻璃配方設(shè)計(jì)調(diào)整，匹配了折射率反（正）導(dǎo)引光纖的包層材料，有效控制了纖芯和包層材料在光學(xué)性能、溫度性能和機(jī)械性能等各方面的融合性。通過管棒法制備了增益導(dǎo)引-折射率反（正）導(dǎo)引大模場光纖預(yù)制棒，并拉制了230μm-790μm范圍內(nèi)