一、Experimental Investigation of Macro-Bending Loss in Large Mode Area Photonic Crystal Fibers（论文文献综述）
刘娥贤[1]（2020）在《新型光子准晶光纤基本光学特性及其OAM传输特性研究》文中研究说明光子准晶光纤是继光子晶体光纤之后又发展起来的一种新型微结构光纤,其晶格结构呈现旋转对称性与长程有序性,但不具备平移对称性,其中每个格点对模式作用均不相同。相对于光子晶体光纤,其结构自由度更高,模式调控方法更灵活,缺陷模式更丰富,在优化色散、限制损耗及非线性系数等传输特性方面具有更大优势,在光通信、光学测量及高功率激光器等应用领域表现出很大潜力。另外,环形芯光子准晶光纤可实现轨道角动量的稳定传输,在低损耗、高容量及高效率光纤通信中体现出优势,对拓展光波新型复用技术,以及解决现代通信网络对信息传输容量与速率持续增高的问题,具有重要的实际应用价值。本论文在对石英基光子准晶光纤结构参量与传输特性的变化关系的深入研究基础之上,提出与分析了面向光纤通信及高功率激光器相关应用的特种光子准晶光纤,深入讨论了光子准晶光纤设计方法、传输机制与传输特性,以期望能为光子准晶光纤相关物理特性分析与制备应用方面提供理论指导。本论文研究创新成果主要体现在以下几个方面。（1）仿真得到了双包层及旋转重数结构参量与光子准晶光纤传输特性的定性关系。研究表明,当内包层空气填充比大于0.65时,限制损耗出现跳跃变化规律且最大波峰数值与入射波长呈现指数函数关系。光纤色散与内包层空气填充比呈现先减小后增大的变化规律,在填充比为0.25左右时色散值最小。有效模场面积与内包层圈数呈现递增关系,但仅适用于一定的填充比变化范围,否则,有效模场面积基本不变。另外,光纤旋转重数与统一气孔条件下孔径最大值呈现一定函数关系,对光纤基模传播常数、电场分布、色散、有效模场面积及限制损耗等传输特性有明显的调控作用,可作为一个新的结构自由度优化光纤传输特性。选定主流的六重旋转重数,光子准晶光纤实现无截止单模传输所需的空气填充比达到0.575,高于光子晶体光纤近30%。（2）提出了一种宽波段、超平坦近零色散、低损耗及大模场面积双包层光子准晶光纤。在波长λ∈[1.27μm,1.67μm]近400 nm带宽范围内,获得了0.014±0.293ps/nm/km平坦近零色散,工作带宽基本涵盖所有通信窗口。在通信波长1.55μm处,限制损耗低于1.8×10-4d B/km,有效模场面积高于25.7μm2。研究表明,该光纤在3%的制备误差下设计的特性（色散、限制损耗及有效模场面积）波动甚微且可接受,呈现良好的容差能力。其次,以增强光子准晶光纤抗弯曲特性为目标,基于梯度孔径结构提出一种低弯曲损耗、单模传输及大模场面积Sunflower型光子准晶光纤。在较大弯曲程度下（弯曲半径为R=15 cm）,该光纤仍能保持低于8.04×10-3d B/km的弯曲损耗及高于1105μm2的模场面积。研究显示,外大内小的梯度孔径结构可有效抑制处于较大弯曲程度状态下光纤基模的偏离并能保持单模传输。（3）提出了一种双包层环形芯Stampfli型OAM光子准晶光纤。在大于200nm带宽内实现了6个OAM模式（8个信号承载通道）的稳定传输。优化环形芯结构参数,LP标量模组中同阶矢量模之间的有效折射率差可调升至10-2,有效避免了OAM模式之间耦合与相互串扰。研究显示,在所有通信窗口E、S、C、L及U内,多数OAM模式可保持平坦色散及较低限制损耗,且容差能力良好。结果表明,更高阶OAM模式存在更大色散值的问题。为解决此问题,提出了一种阶数可控的OAM模式色散补偿双芯Sunflower型光子准晶光纤。对于HE31模式,在波长1.55μm处,实现了高于-3039.45 ps/nm/km的负色散及高于2.15×10-3的有效折射率差,调整光纤结构参数,可实现对其它OAM模式的色散补偿。
黄龙[2]（2019）在《高功率高光束质量窄线宽线偏振光纤激光技术研究》文中研究指明高功率窄线宽光纤激光在引力波探测、激光雷达、太赫兹产生、光参量振荡等领域有重要的应用价值。在实际应用中,由于更高的相干性、更高的探测灵敏度和更高的转换效率等优点,线偏振的高功率窄线宽光纤激光更加受到青睐。然而,与宽谱光纤激光和窄线宽随机偏振光纤激光相比,窄线宽线偏振光纤激光面临更强的非线性效应,其中受激布里渊散射（SBS）效应是限制其功率提升的首要因素。随着众多SBS效应抑制方法的采用,窄线宽线偏振光纤激光的输出功率获得一定突破之后,模式不稳定效应随之成为获得高光束质量的限制因素。因此,要推动高功率、高光束质量窄线宽线偏振光纤激光的输出功率进一步提升,SBS效应和模式不稳定效应是需要解决的两个首要问题。本文以高功率窄线宽线偏振光纤激光为研究对象,以高功率、高光束质量输出为研究目标,围绕需要解决的关键技术问题,开展了系统的理论和实验研究:1、综合考虑SBS效应和模式不稳定效应的抑制,围绕高功率、高光束质量窄线宽线偏振光纤激光器的优化设计进行了详细的理论分析。基于SBS动力学模型,系统分析了光纤参数、光纤类型、系统参数对SBS阈值的影响,同时针对脉冲输出的情形,分析了功率放大过程中的时频演化特性,为高功率窄线宽线偏振连续/脉冲光纤激光的优化设计提供了理论指导。基于模式不稳定半解析模型,为高光束质量窄线宽线偏振光纤激光系统的优化设计提供了理论分析工具。2、围绕高功率窄线宽线偏振连续光纤激光开展了系统研究。首先,对比研究了不同类型常规大模场高掺杂保偏光纤在单频线偏振光纤激光功率提升和高亮度输出上的能力。进一步,论证了对常规大模场保偏光纤施加应力梯度以抑制SBS效应的可行性,实现了414 W功率输出,线偏度>99%,是目前国际上全光纤结构近衍射极限单频线偏振光纤激光公开报道的最高输出功率。进一步地,对基于大模场长锥形高掺杂保偏光纤的高功率单频线偏振光纤激光进行了系统研究,实现了510 W功率输出,是目前国际上全光纤结构单频线偏振光纤激光公开报道的最高输出功率。同时,首次研究了国产长锥形光纤用于获得高功率窄线宽光纤激光的可行性,指出了国产长锥形光纤以及基于国产长锥形光纤的窄线宽光纤激光系统的优化路径。首次研究了随机光纤激光用于获得高功率窄线宽线偏振光纤激光的可行性,对比研究了种子线宽和光谱形态对光谱展宽效应和模式不稳定阈值的影响,实现了功率442 W、线宽0.28 nm、线偏度为94.2%的窄线宽线偏振光纤激光输出,是目前国际上以随机光纤激光作为种子源的窄线宽线偏振光纤激光公开报道的最高输出功率,为获得高功率、高光束质量窄线宽线偏振光纤激光探索了一条新的道路。3、围绕高峰值功率和高平均功率窄线宽线偏振脉冲光纤激光开展了系统研究。设计并构建了基于常规大模场高掺杂保偏光纤的高峰值功率窄线宽线偏振脉冲光纤激光器,分析了种子激光时域特性和频域特性对功率放大过程中的时频演化特性以及SBS阈值的影响。论证并分析了对常规大模场高掺杂保偏光纤施加应力梯度以提高SBS阈值的可行性。论证并分析了大模场长锥形高掺杂保偏光纤在抑制SBS效应和光谱展宽效应方面的优势,分别获得了脉宽4 ns、峰值功率60.54k W、线宽1972.97 MHz,消光比>12 d B的线偏振脉冲激光和脉宽3.8 ns、峰值功率29.97 k W、线宽283.75 MHz、消光比>14 d B的线偏振脉冲激光,是目前国际上全光纤结构2 GHz级和300 MHz级窄线宽线偏振脉冲光纤激光公开报道的最高峰值输出功率。此外,基于常规大模场高掺杂保偏光纤,获得了重频10 MHz、脉宽4 ns、线宽203.6 MHz、平均功率466 W、线偏度约为90%的窄线宽线偏振脉冲激光,是目前国际上全光纤结构窄线宽线偏振纳秒脉冲光纤激光公开报道的最高平均功率。4、围绕搭载射频信号的高功率线偏振双频准连续光纤激光和多频脉冲光纤激光开展了理论和实验研究。理论分析了搭载射频信号的双频准连续光纤激光的产生原理和时频特性,设计并构建了线偏振双频准连续光纤激光的产生装置和功率放大系统,实现了434 W功率输出。同时,理论分析了搭载射频信号的多频脉冲光纤激光的产生原理和时频特性,设计并构建了线偏振多频脉冲光纤激光的产生装置和功率放大系统,实现了328 W功率输出。两项研究成果均代表目前国际上同类型光纤激光器的最高输出功率,为线偏振双频/多频光纤激光的拓展应用开辟了新的空间。
苗效方[3]（2019）在《大模场光纤波导结构的优化设计》文中进行了进一步梳理随着光纤材料、光纤器件以及集成技术的发展,光纤激光器输出功率已达到两万瓦水平,并因具有光束质量好、电光效率高、结构紧凑和热管理方便等优点,被广泛应用于先进制造、科学研究以及军事国防等领域。目前,非线性效应、模式不稳定等问题限制了光纤激光器输出功率的进一步提升,同时严重影响了其在高功率条件下工作时的稳定性和可靠性。增大光纤模场面积能够降低纤芯中激光功率密度、提升非线性效应和模式不稳定阈值,被认为是打破光纤激光器功率提升瓶颈最直接有效的途径。基于此,本论文开展了大模场光纤波导结构设计与优化研究,具体内容如下:1.通过在纤芯最外层引入一个高折射率环,对纤芯折射率呈周期性梳状分布的光纤波导结构进行了优化。将高折射率环层的宽度和折射率优化后,光纤的有效模场面积增加700μm2,且在相同弯曲半径下基模弯曲损耗由6 dB/m降低为0.1 dB/m。此外,通过改变最外层高折射率环层参数实现了高斯型、平坦型和环型等形式的模场分布。2.提出了一种纤芯折射率呈周期性三角形分布的TPIF（Triangle-platform-i ndex core fiber）大模场光纤结构,纤芯由周期性交替分布的低折射率环层和三角形高折射率分布环层组成,最外层是一个宽度和折射率均可调的高折射率环。通过改变周期数目、三角形分布高折射率环层的占空比、高低折射率差等参数,TPIF的有效模场面积最高可达3100μm2;在弯曲半径为17 cm时LP01模弯曲损耗为0.04 dB/m,LP11模弯曲损耗为3 dB/m,能够实现单模传输;改变最外层高折射率环层参数可实现特殊的模场分布,如高斯分布、平坦化分布和环状分布等,能够满足特殊激光加工工业的应用需求。3.分别对低折射率内辐射型和低折射率外辐射型两种包层折射率分区调制的泄漏通道光纤结构进行优化和分析,二者包层中低折射率分布区域分别呈现内、向外辐射状。其中,低折射率内辐射型包层折射率分区调制光纤在无弯曲时LP01模泄漏损耗为0.02 dB/m,LP11模泄漏损耗为1 dB/m,可实现单模传输;而低折射率外辐射型包层折射率分区调制光纤在未弯曲时无泄漏损耗,但当弯曲半径为16 cm时,LP01模泄漏损耗为0.1 dB/m,LP11模泄漏损耗为1 dB/m,可实现单模传输。
许党朋[4]（2017）在《高功率高能光纤激光光场调控关键技术研究》文中研究表明高功率高能光纤激光因其高效率、高品质、高可靠性、高调控能力以及结构紧凑等显着特点,在军事与国防、国家安全、工业加工与重大装备、科学研究与设施、医疗与卫生等重大领域具有极其广阔的应用前景。特别是基于光纤材料与结构的可设计性与可调控性,既为面向诸多重大应用的高功率高能光纤激光系统输出光场“全域”精密调控提供了必不可少的技术手段,同时也为持续提升输出光束品质奠定了必要的技术基础。对高峰值功率光纤激光系统,高品质输出基本要求之一是在高峰值功率条件下实现激光脉冲“全域”（包括时域、空域和频域）的精密调控,以获得严格单横模、高对比度、光谱精密可控的激光脉冲。对高平均功率高能光纤激光系统,高品质输出往往要求通过严格的模式调控扩大有效模场面积,以获得高稳定、高纯度、可传输的激光模式,从而提高系统输出能力和光束品质,满足相关苛刻的传输要求。传统的圆对称实心光纤因受限于非线性效应、热效应、光损伤以及调制不稳定性等多种因素,单纤单模输出能力难以进一步提高。为此,本文以有效提升单纤单模高功率高能光纤激光输出能力为牵引目标,开展了高功率高能光纤激光光场调控关键技术研究。论文主要研究内容包括以下三个方面:1.高功率高能光纤激光理论、受限条件与判据研究:系统地梳理了高功率高能光纤激光基础理论,分析、研究了限制单纤单模高功率高能光纤激光输出特性持续提升的五大受限条件,即选模能力受限、增益能力受限、能量负载受限、功率负载受限以及热负载受限,研究确定了各自的主要机理、基本规律与影响因素;提出了基于五大受限条件与特征参量完善高功率高能光纤激光系统物理设计的优化方法;分别给出了该方法应用于高峰值功率光纤激光系统和高平均功率高能光纤激光系统的基本要素。这部分内容主要体现在论文的第二章。2.高峰值功率光纤激光系统“全域”精密调控技术研究:针对ICF兆焦耳级激光装置ns级种子光源系统甚多束“零抖动”输出,以及时域、空域和频域高精密调控的基本要求,理论研究了高峰值功率条件下调频脉冲传输放大过程中的时域-频域演化特性,获得了单束高功率光纤种子光源系统优化设计的关键参数。提出了“密集时分复用、选组选束”的系统设计思想,完成了甚多束毫焦耳级光纤种子光源系统设计与相关实验验证;采用高对比脉冲产生、复合调频波导相位调制、幅频效应抑制以及单横模大模场光纤放大等关键技术,实验演示了脉冲能量1.02mJ@5ns,光谱宽度0.3nm,脉冲对比度优于500:1、幅频调制优于5.2%@3h的单横模高功率光纤种子光源系统输出,为甚多束高功率、高调控能力的光纤种子光源工程设计与研制奠定了坚实的技术基础。这部分内容主要体现在论文的第三章、第四章以及第五章。3.十万瓦级单纤高品质高能光纤激光总体技术途径探索研究:根据高能激光光源重大应用中束靶耦合与长程传输的基本要求,提出了环带光纤激光的基本概念以及基模面积大于10,000μm2的环带超大匀场模式光纤的概念模型;理论研究了环带超大匀场光纤内环半径和环厚度两个关键参量对其模式分布特性的影响与规律,证明了尽管随着环带模面积增加,模式数量也增加,但是都存在超大匀场基模;此外,研究了环带光束与环形光束之间的变换特性,结果表明通过合理设计光束变换系统,可以实现环带基模光束高效转换为有利于长程传输的环形光束。上述研究结果,为深化论证确定十万瓦级单纤高品质高能光纤激光总体技术途径提供了必要的科学依据。这部分内容体现在论文的第六章。
韦会峰[5]（2017）在《高功率激光应用的微结构光纤技术研究》文中研究表明高功率连续光纤激光器或超短脉冲光纤激光器的功率或能量的提升,在很大程度上受制于所采用的大模场光纤性能。本课题针对高功率激光应用的微结构光纤技术进行研究。首先介绍了目前市面上常见的几类特种光纤,进而围绕微结构光纤介绍了其历史发展、种类与特性、导光机制、制造工艺等,同时也介绍了作者在微结构光纤研究上的一般性结果。然后重点针对带隙型微结构光纤、微结构非线性光纤、超大模场微结构全固光纤,对其设计、制备、性能表征及应用进行了深入的研究分析。具体研究内容如下:（1）围绕简化的空芯光子晶体光纤以及全固体的布拉格光纤,阐述其理论设计和实验研究。实际制备出了纤芯直径达32μm的简化空芯光纤与纤芯直径28μm的全固布拉格光纤。测试显示简化空芯光纤出现了三个较宽的通带,其中一阶通带最大的达到600nm。而且在可见光波段,该光纤的高斯光束远场输出特征表明其较好的单模特性。（2）针对高功率超连续激光应用,设计了零色散波长位于1000～1080nm波段,且实现平坦的同相位超模输出的七芯微结构光纤。进而制造了一种七芯的微结构非线性光纤,光束质量测试显示为M2～1.05。皮秒光纤激光的平均功率为141.6 W,泵浦了一根七芯PCF,最终获得的平均功率输出达到104.2 W、超连续谱输出覆盖范围从750至1700 nm以上。另外实现一种常见的单芯微结构非线性光纤的拉丝塔在线拉锥实验,实际制取了一段长达500m的锥形光纤,微结构保持十分完好。同时对其超连续展宽进行了实验研究。（3）提出一种全新设计的超大模场掺镱全固微结构光纤的实现方法,并实际制备出了这种全固微结构光纤。微结构包层的点阵由一些列密堆积方式排列的掺氟石英单元构成,背景材料为高纯石英材料。本研究证实,可以通过调节包层掺杂点阵的填充率以及包层掺杂的浓度,精确地实现低至1×10-5的折射率变化,这种技术我们称之为无源掺杂包层技术,简称PDC（passively doped cladding,PDC）。实验中利用同一根预制棒拉制了两根纤芯直径分别为50μm和127μm的超大模场光纤。测试显示50μm纤芯的超大模场光纤可始终在1064nm波长保持优异的输出光束质量,相应地,127μm纤芯光纤要求在有源工作状态下、借助模式优化技术则可实现单模输出。实验证实了我们的设计行之有效,这将对高功率激光功率的提升提供有效的超大模场光纤技术手段。
马利东[6]（2016）在《光子晶体光纤有效模面积测量技术的研究》文中认为光子晶体光纤（PCF）是一种具有高非线性、色散可控性、高双折射性、无限单模特性等诸多优点的新型特种光纤,特别是作为核心器件已经成功应用于光纤陀螺、大功率光纤激光器、大功率光纤放大器等设备中。在这些应用中,光子晶体光纤参数中的有效模场面积是其中的重要参量。传统光纤有效模场面积的测量方法不能适应结构多变的光子晶体光纤,因此,本文立项对有效模场面积的测量技术进行研究。本文采用近场扫描法测量非圆纤芯光纤的模场面积,避开传统方法只能测量纤芯为圆形的模场直径的局限性,试图通过标准单模光纤来找到一种算法求取非圆纤芯PCF的有效模场面积。论文的主要内容包括:首先,对课题的研究目的和意义,光子晶体光纤的研究现状,其模场测量和存在的问题作了简要介绍。介绍了传统光纤模场直径的测量方法以及适用范围。其次,为克服了非圆纤芯光纤模场直径测量的局限性问题,提出了采用近场扫描测量方法来测量光纤的模场面积的方法,并设计了实验方案与测量系统。再次,研究了光斑图像去噪的方法和效果,并通过OpenCV编写图像采集和处理程序,结合Matlab来计算有效模面积,同时介绍了三种计算模场面积的方法:传统计算模场直径的高斯拟合法;从模场面积的定义出发的二重积分法;CCD成像实时在线测量方法。最后,对三种光纤的模场进行了仿真,以作为实验观察参考;搭建模场面积测量实验系统,并对它们的模场面积进行测量实验研究:以康宁G.652标准单模光纤纤验证本文提出的测量方法的正确性,再以此方法来测量三角格子型PCF和双折射型PCF的模场面积。
赵兴涛[7]（2015）在《掺镱、亚波长空芯及新型高非线性光子晶体光纤的研究》文中指出光子晶体光纤呈现出许多传统光纤难以实现的特性,如掺镱光纤的大模面积单模特性、小芯光纤的高非线性、色散可调性、高双折射、空芯光纤的光子带隙等,因而备受关注,成为光电子学和光学领域的研究重点。本文针对光子晶体光纤在光纤激光器、光通信和光纤传感等领域的研究及应用需求,开发其应用潜力,对多种新型光子晶体光纤的设计、制备及传输性能进行深入研究,主要包括：大模面积单模掺镱光子晶体光纤、亚波长空气孔传光的新型空芯光子晶体光纤、高非线性光子晶体光纤、三个和四个零色散波长光子晶体光纤。主要创新成果如下：1.首次对大芯径掺镱光子晶体光纤各种模式有效折射率之间的关系进行了分析,给出了单模传输条件。利用有限元法和有效折射率法,分别对不同纤芯折射率及结构参数的大芯径掺镱光子晶体光纤的各个模式折射率进行了模拟,首次给出了单模传输时纤芯折射率与孔间距、空气填充比、纤芯直径等光纤结构参数所满足的关系。设计出了纤芯直径分别为50μm、100μm/150μm的大芯径单模掺镱光子晶体光纤。在掺镱光子晶体光纤设计、制备过程中,不仅可以调节纤芯材料折射率,还可以通过调节光纤的结构参数,得到大模面积单模传输,为光纤的设计和制备提供新的理论指导。2.传统的化学沉积法很难制备纤芯与包层低折射率差的大芯径光纤,限制了大模面积单模光纤的发展。本文提出了一种制备掺镱光子晶体光纤的新方法,利用溶液掺杂-高温熔炼法制备高掺镱浓度石英玻璃。对光子晶体光纤的拉制工艺、拉制过程中温度场分布进行了研究,拉制出了多种新型光子晶体光纤。用掺镱石英玻璃作为纤芯制备光纤预制棒,拉制出了纤芯直径约为130μm的掺镱光子晶体光纤,对其光谱特性进行了实验测量,分析了其吸收光谱与荧光光谱,实现了良好的激光输出,为稀土掺杂光纤制备提供了新途径。3.提出了一种亚波长空气孔传光的新型空芯光子晶体光纤,利用有限元方法分析了其模场分布、损耗和色散特性随光纤结构参数及波长的变化规律。首次根据光的衍射原理和光子晶体光纤的传输特性,对低折射空气孔传光的物理机理进行了解释。首次得到了亚波长空气孔低损耗、单模传输时,光子晶体光纤结构参数和波长的取值范围。设计出了一种优化的光子晶体光纤结构,其模场集中在纤芯微小空气孔中,限制损耗α=5.9×10-5dB/km。根据所设计的光纤结构参数,制备出了纤芯带有微小空气孔的光子晶体光纤,光在空气孔中高强度、长距离传输,为光与物质相互作用及非线性光学的研究提供了新条件。4.利用分步傅里叶法求解非线性薛定谔方程,得到了光子晶体光纤输出光谱与结构参数及脉冲参数的关系,并进行了实验研究,理论与实验结果一致,阐明了非线性光谱产生的物理原理。首次对光子晶体光纤包层节区的传光特性进行了研究,对比了纤芯与包层节区传光的模场面积、非线性系数和色散特性,得到包层节区具有小纤芯面积、高非线性、双零色散波长的特点。研究了产生色散波的相位匹配特性,理论分析了色散波中心波长随泵浦功率和泵浦波长的变化规律。制备了所设计的光子晶体光纤,实验获得了可见和红外波段均大于300nm的宽带色散波,测量了色散波随泵浦功率和波长的变化情况。实验与理论分析结果一致,为超宽带连续光源和光波长变换的研究提供了新的理论基础。5.首次对具有多个零色散波长光子晶体光纤的相位失配特性进行了理论分析,得到了相位匹配波长随泵浦波长及泵浦功率的变化规律。给出了具有多个零色散波长光纤的相位匹配曲线,分析了不同色散曲线对应的相位匹配波长特点。实验得到了相位匹配的四波混频光谱,其光谱特点与相位匹配理论分析一致。通过合理设计光子晶体光纤结构参数,得到了具有三个零色散波长的单模光纤。对纤芯中心带有一个微小空气孔光子晶体光纤的色散特性进行了分析,获得了具有四个零色散波长的色散曲线。具有多个零色散波长的光纤可以得到色散值极低的超平坦色散曲线。多个零色散波长光纤能产生全新的相位匹配曲线,会出现更多的四波混频波长,可以有效地控制光孤子、超短脉冲的四波混频及共振散射产生的光谱特性。
刘一鸣[8]（2014）在《全固态光子晶体光纤及其应用于光纤激光器的研究》文中认为相比于传统激光器，光纤激光器具有良好的光束质量；输出功率密度高；增益介质拉制技术成熟，散热快；成本低廉，结构简单；耦合性好。传统单模光纤纤芯直径小，难以实现大模场面积且受到光纤非线性效应、热损伤等机制的限制，大幅度提高输出功率非常困难。光子晶体光纤由于其结构灵活多变，有效地克服了传统光纤激光器增益介质的缺陷，进而备受研究者的关注。本文设计了一种全固态掺镱正方晶格光子晶体光纤，使用全矢量有限元法结合MATLAB对其传输特性进行了数值模拟，研究了不同大介质柱尺寸d1/、介质柱间距和折射率差Δn的结构，得到不同结构的模式限制损耗、基模模场面积和弯曲损耗。数值模拟表明=25μm，d1/=0.5，ns=1.460，n0=1.452时该结构在1060nm处基模模场面积为4405μm2，可以实现单模传输，特别是当弯曲半径大于8cm时仍可以单模传输，可以在光纤激光器中作为增益光纤使用。以全固态光子晶体光纤激光器的速率方程和功率传输方程为基础，研究了光纤激光器输出特性。将本文设计的光纤结构应用于光纤激光器中，研究了光纤激光器不同参量对激光性能的影响，当R1=0.99，R2=0.13，L=10.6m，N=1.02×1025/m3时光纤激光器斜率效率达到90.57%。并以全固态光子晶体光纤基模模场面积为中间量，对光纤结构参量和光纤激光器激光性能之间的关系进行了研究，得到最佳模场面积为3520μm2，为设计光纤激光器增益光纤提供理论支撑。
简多[9]（2013）在《光子晶体光纤特性分析与优化设计》文中提出光子晶体光纤是由单一材料构成、空气孔横向周期性排列、纵向存在缺陷的二维光子晶体。与传统光纤相比，光子晶体光纤具有结构设计灵活的特点，因此拥有了优越的特性，受到了广泛关注。根据导光机制的不同，光子晶体光纤可以分为全内反射型和光子带隙型光子晶体光纤及同时具有两种导光机制的混合导光型光子晶体光纤。光子晶体光纤传输特性对其结构具有很强的依赖性，因此，研究光子晶体光纤的结构对其传输特性的影响具有重要的现实意义。本文主要研究内容包括：利用全矢量有限元法研究不同包层排列以及结构参数对全内反射型光子晶体光纤的非线性特性和色散特性的影响，研究发现在相同波长处，具有三角晶格包层结构的全内反射型光子晶体光纤在非线性性能上具有更好的表现，通过改变光纤结构参数，还可以很明显地改变光纤的色散特性。在此基础上，我们提出一种包层为三角晶格排列的具有高非线性和色散平坦特性的全内反射型光子晶体光纤，其非线性系数在第一光通信窗口处达0.172m1.w1，并在0.70.95m范围内具有色散平坦特性，有利于研究和设计基于光纤非线性效应原理的光器件。本文对混合导光型光子晶体光纤的带隙分布和模场分布进行了理论分析和数值模拟，并研究了光纤色散特性和有效模面积特性与光纤高折射率柱大小、纤芯直径和孔间距之间的变化关系。研究结果表明，通过合理地优化纤芯和包层的结构，本文提出的光纤在1.25-1.60m波长范围内色散变化保持在±1ps/km. nm内，最高为27.24ps/km. nm，在1.550m波长处有效模面积为15.801m2，有效地实现了混合导光型光子晶体光纤在通信波长处的色散平坦特性。本文的研究成果对全内反射型光子晶体光纤和混合导光型光子晶体光纤在全光纤器件和激光器件方面的进一步研究和应用有重要的参考价值。
陈明[10]（2013）在《大模场光纤激光器模式分析与光束质量研究》文中提出光纤激光器作为新一代的特种光源，同其它块体激光器相比，具有结构简单、光束质量好、散热好以及高效率等显着优点，已成为激光领域内科学研究和实际应用关注的热点，尤其是高功率的光纤激光器，因其在国防、医疗、工业生产等领域内的广泛应用，更是引起了人们的广泛关注。因此，进一步提高光纤激光器的输出功率，并保证其高的光束质量，是当下急需解决的问题。采用大模场光纤可以增加纤芯的损伤阈值以及降低光纤表面的温度，是提高输出功率的普遍方法，但是大模场光纤的使用必然会导致纤芯中出现多模传输，从而使输出光束质量降低。因此，开展大模场光纤激光器中高阶模抑制的研究是十分必要的。本文中主要从下面三个方面对大模场掺Yb3+光纤激光器中模式选择进行理论和实验研究：（1）从麦克斯韦方程组出发，引入了大模场光纤中传导模LPmn模的模式组成及模式特征方程的计算方法。模拟分析了光纤中模式数量、各模式的模场分布情况以及光纤的有效模场面积。基于掺Yb3+光纤激光器的结构与模式耦合理论，建立了多横模竞争耦合的速率方程与功率传输方程组。（2）引入环带划分法，对大模场掺Yb3+双包层光纤激光器功率传输方程进行简化处理，解决了复杂的二维积分运算。模拟得到了各模式功率填充因子在纤芯截面上的分布规律。研究了“增益”和“损耗”抑制高阶模的方法，数值模拟分析光纤弯曲、纤芯中离子掺杂方式以及掺杂浓度分布对增益介质光纤中模式竞争的影响。首次提出了弯曲-掺杂离子分布相结合的方法抑制高阶模，结果表明两者方法结合时能够更加有效的抑制高阶模，同时最大限度的减小弯曲带来的模场畸变。（3）基于建立的理论模型，数值模拟了10/125μm和25/250μm两种掺Yb3+光纤激光器中输出激光特性随弯曲半径的变化。同时搭建了对应两种光纤的光纤激光器以及相应的高阶模抑制测试系统。实验中测试发现，随着弯曲半径的减小，基模激光所占的功率比例有所增加，从而提高了输出激光的光束质量。但是，实验结果与理论结果有所误差，对所产生误差的原因进行了分析。
二、Experimental Investigation of Macro-Bending Loss in Large Mode Area Photonic Crystal Fibers（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、Experimental Investigation of Macro-Bending Loss in Large Mode Area Photonic Crystal Fibers（论文提纲范文）
（1）新型光子准晶光纤基本光学特性及其OAM传输特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 选题背景与研究意义 |
| 1.1.1 选题背景 |
| 1.1.2 研究目的与意义 |
| 1.2 光子准晶概述 |
| 1.3 光子准晶光纤 |
| 1.3.1 光子准晶光纤的基本概念 |
| 1.3.2 光子准晶光纤的结构分类与导光机理 |
| 1.3.3 光子准晶光纤的工程制备 |
| 1.4 光子准晶光纤的研究现状及其存在的问题 |
| 1.4.1 光子准晶光纤结构参量与传输特性的关系的研究现状及其存在的问题 |
| 1.4.2 基于光子准晶光纤的特种光纤的研究现状及其存在的问题 |
| 1.4.3 光子准晶光纤OAM模式传输的研究现状及其存在的问题 |
| 1.5 课题的主要研究内容 |
| 第2章 光子准晶光纤的光学性能参量及计算方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光子准晶光纤的光学特性 |
| 2.2.1 数值孔径NA |
| 2.2.2 V参数与无截止波长单模传输 |
| 2.2.3 色散 |
| 2.2.4 有效模场面积、限制损耗及非线性系数 |
| 2.2.5 双折射 |
| 2.3 数值方法 |
| 2.3.1 有限元法 |
| 2.3.2 时域有限差分法 |
| 2.3.3 有效折射率法 |
| 2.3.4 平面波展开法 |
| 2.3.5 多级法 |
| 2.4 小结 |
| 第3章 光子准晶光纤结构参量与传输特性的关系 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 双包层结构与光子准晶光纤传输特性的关系 |
| 3.2.1 双包层Stampfli型光子准晶光纤 |
| 3.2.2 双包层结构与限制损耗的关系 |
| 3.2.3 双包层结构与色散的关系 |
| 3.2.4 双包层结构与有效模场面积及非线性系数的关系 |
| 3.3 旋转重数与光子准晶光纤传输特性的关系 |
| 3.3.1 旋转重数与Sunflower型光子晶体光纤结构匹配规则的关系 |
| 3.3.2 六重Sunflower型光子准晶光纤传输特性 |
| 3.3.3 旋转重数对传输特性的影响 |
| 3.4 小结 |
| 第4章 基于光子准晶光纤的特种光纤 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 宽波段、超平坦近零色散、低损耗及大模场面积光子准晶光纤 |
| 4.2.1 八重双包层Penrose型光子准晶光纤 |
| 4.2.2 内包层参数与色散及限制损耗的关系 |
| 4.2.3 外包层参数与色散及限制损耗的关系 |
| 4.2.4 晶格常数与色散及限制损耗的关系 |
| 4.2.5 有效模场面积与制备误差 |
| 4.3 低弯曲损耗、单模传输及大模场面积光子准晶光纤 |
| 4.3.1 梯度Sunflower型光子准晶光纤 |
| 4.3.2 无截止波长单模传输特性 |
| 4.3.3 弯曲损耗与有效模场面积 |
| 4.3.4 弯曲对有效模场面积的影响 |
| 4.4 小结 |
| 第5章 光子准晶光纤OAM模式传输特性 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 双包层环形芯Stamplfi型光子准晶光纤的OAM模式的传输 |
| 5.2.1 双包层环形芯Stamplfi型光子准晶光纤 |
| 5.2.2 有效折射率差与OAM相位 |
| 5.2.3 OAM模式色散、限制损耗及非线性系数 |
| 5.2.4 宏弯曲对OAM模式传输的影响 |
| 5.2.5 制备误差对OAM模式传输的影响 |
| 5.3 可控阶OAM模式色散补偿光子准晶光纤 |
| 5.3.1 双芯OAM模式色散补偿Sunflower型光子准晶光纤 |
| 5.3.2 OAM模式相位结构及电场强度与波长的关系 |
| 5.3.3 负色散与光纤结构参量的关系 |
| 5.3.4 色散补偿的普适性 |
| 5.4 小结 |
| 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 附录 A 攻读博士学位期间已发表与待发表的论文 |
| 附录 B 攻读博士学位期间参与的相关课题 |
| 致谢 |
（2）高功率高光束质量窄线宽线偏振光纤激光技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 窄线宽光纤激光的分类和应用前景 |
| 1.1.1 窄线宽光纤激光的分类 |
| 1.1.2 窄线宽光纤激光的应用前景 |
| 1.2 窄线宽光纤激光的研究现状 |
| 1.2.1 单频连续光纤激光的研究现状 |
| 1.2.2 窄线宽连续光纤激光的研究现状 |
| 1.2.3 窄线宽脉冲光纤激光的研究现状 |
| 1.3 高功率高光束质量窄线宽线偏振光纤激光的主要受限因素 |
| 1.3.1 光纤中的SBS效应及抑制方法 |
| 1.3.2 光纤中的模式不稳定效应及抑制方法 |
| 1.4 课题研究需要解决的关键问题 |
| 1.5 课题研究内容和结构安排 |
| 第二章 窄线宽线偏振光纤激光亮度提升的理论分析 |
| 2.1 SBS效应对功率提升的影响 |
| 2.1.1 单频单模近似条件下的SBS效应动力模型 |
| 2.1.2 光纤参数对SBS阈值的影响 |
| 2.1.3 系统参数对SBS阈值的影响 |
| 2.1.4 长锥形光纤在抑制SBS效应方面的优势 |
| 2.2 综合考虑多种非线性效应下的功率提升问题 |
| 2.2.1 弹性非线性效应导致的光谱展宽 |
| 2.2.2 综合考虑SPM、XPM、SRS效应的模型修订 |
| 2.2.3 窄线宽线偏振脉冲光纤激光放大 |
| 2.3 模式不稳定效应对亮度提升的影响 |
| 2.3.1 模式不稳定效应的半解析模型 |
| 2.3.2 常规光纤的模式不稳定阈值 |
| 2.3.3 长锥形光纤的模式不稳定阈值 |
| 2.4 总结 |
| 第三章 高功率窄线宽线偏振连续光纤激光研究 |
| 3.1 高功率单频线偏振光纤激光器 |
| 3.1.1 系统设计 |
| 3.1.2 增大光纤直径提升输出功率 |
| 3.1.3 采用后向泵浦方式提升输出功率 |
| 3.1.4 小结 |
| 3.2 基于施加应力梯度的功率提升方案 |
| 3.2.1 系统设计 |
| 3.2.2 结果与讨论 |
| 3.2.3 小结 |
| 3.3 基于长锥形光纤的功率提升方案 |
| 3.3.1 系统设计 |
| 3.3.2 结果与讨论 |
| 3.3.3 小结 |
| 3.4 基于国产长锥形光纤的高功率窄线宽光纤激光器 |
| 3.4.1 系统设计 |
| 3.4.2 结果与讨论 |
| 3.4.3 小结 |
| 3.5 基于新型种子源的高功率窄线宽线偏振光纤激光器 |
| 3.5.1 系统设计 |
| 3.5.2 结果与讨论 |
| 3.5.3 小结 |
| 3.6 总结 |
| 第四章 高功率窄线宽线偏振脉冲光纤激光研究 |
| 4.1 高峰值功率窄线宽线偏振纳秒脉冲激光器 |
| 4.1.1 系统设计 |
| 4.1.2 结果与讨论 |
| 4.1.3 小结 |
| 4.2 基于施加应力梯度的峰值功率提升方案 |
| 4.2.1 系统设计 |
| 4.2.2 结果与讨论 |
| 4.2.3 小结 |
| 4.3 基于长锥形光纤的峰值功率提升方案 |
| 4.3.1 系统设计 |
| 4.3.2 结果与讨论 |
| 4.3.3 小结 |
| 4.4 高平均功率窄线宽线偏振纳秒脉冲光纤激光器 |
| 4.4.1 系统设计 |
| 4.4.2 结果与讨论 |
| 4.4.3 小结 |
| 4.5 总结 |
| 第五章 高功率线偏振双/多频光纤激光及其时频调控研究 |
| 5.1 高功率线偏振双频准连续光纤激光及其时频调控 |
| 5.1.1 搭载射频信号的双频准连续光纤激光 |
| 5.1.2 高功率双频准连续光纤激光系统 |
| 5.1.3 结果与讨论 |
| 5.2 高功率线偏振多频脉冲光纤激光及其时频调控 |
| 5.2.1 搭载射频信号的多频脉冲光纤激光 |
| 5.2.2 高功率多频脉冲光纤激光系统 |
| 5.2.3 结果与讨论 |
| 5.2.4 小结 |
| 5.2.5 小结 |
| 5.3 总结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 6.1.1 论文主要研究内容和相关成果 |
| 6.1.2 论文主要创新点 |
| 6.1.3 后续工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 作者在学期间取得的学术成果 |
（3）大模场光纤波导结构的优化设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 引言 |
| 1.1 高功率光纤激光技术的发展现状 |
| 1.2 大模场光纤的研究现状 |
| 1.3 本文研究的主要内容 |
| 第2章 基本原理及仿真方法 |
| 2.1 光纤的基本构造 |
| 2.2 光纤的模场面积和弯曲损耗 |
| 2.3 基于大模场光纤的非线性效应及模式不稳定抑制机理 |
| 2.4 基于有限元仿真软件的大模场光纤物理模型 |
| 2.4.1 有限元法思想其及计算步骤 |
| 2.4.2 有限元仿真软件的建模步骤 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 基于纤芯折射率设计的大模场光纤 |
| 3.1 阶跃光纤及纤芯外侧高折射率平台型阶跃光纤的模场特性分析 |
| 3.1.1 阶跃光纤模场特性分析 |
| 3.1.2 纤芯外侧高折射率平台型阶跃光纤模场特性分析 |
| 3.2 梳状大模场光纤的优化设计及分析 |
| 3.2.1 光纤结构及参数设置 |
| 3.2.2 梳状大模场光纤的有效模场面积 |
| 3.2.3 梳状大模场光纤的弯曲损耗特性 |
| 3.2.4 梳状大模场光纤的模场分布特性 |
| 3.3 TPIF大模场光纤的优化设计及分析 |
| 3.3.1 光纤结构及参数设置 |
| 3.3.2 TPIF的参数对模场面积的影响 |
| 3.3.3 TPIF的弯曲损耗特性 |
| 3.3.4 TPIF的模场分布特性 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 基于包层折射率设计的大模场光纤 |
| 4.1 单沟道泄漏通道光纤 |
| 4.1.1 折射率阶跃型单沟道泄漏通道光纤 |
| 4.1.2 折射率渐变型单沟道泄漏通道光纤 |
| 4.2 包层折射率分区调制大模场泄漏通道光纤 |
| 4.2.1 低折射率内辐射型包层分区调制光纤 |
| 4.2.2 低折射率外辐射型包层分区调制光纤 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 结论与展望 |
| 5.1 研究内容及成果 |
| 5.2 不足与展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 致谢 |
| 作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果 |
（4）高功率高能光纤激光光场调控关键技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景 |
| 1.2 高功率高能光纤激光研究进展与发展趋势 |
| 1.2.1 高峰值功率光纤激光技术研究进展 |
| 1.2.2 高平均功率光纤激光技术研究进展 |
| 1.2.3 高功率高能光纤激光发展趋势 |
| 1.3 高功率高能光纤激光光场精密调控关键技术 |
| 1.3.1 激光脉冲时域-频域精密调控技术 |
| 1.3.2 光纤模式调控技术 |
| 1.4 高功率高能光纤激光光场调控关键问题分析 |
| 1.5 本论文的主要研究内容与章节安排 |
| 第2章 高功率高能光纤激光理论与受限问题 |
| 2.1 高功率高能光纤激光理论基础 |
| 2.1.1 高功率高能光纤激光理论体系框架 |
| 2.1.2 麦克斯韦方程 |
| 2.1.3 激光速率方程 |
| 2.1.4 非线性薛定谔方程 |
| 2.2 高功率高能光纤激光系统受限问题 |
| 2.2.1 选模能力受限 |
| 2.2.2 能量负载受限 |
| 2.2.3 增益能力受限 |
| 2.2.4 功率负载受限 |
| 2.2.5 热负载受限 |
| 2.3 受限条件在系统设计中应用分析 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 毫焦耳级调频脉冲传输放大特性研究 |
| 3.1 大模面积光纤激光模式特性分析 |
| 3.1.1 大模面积阶跃光纤模式特性研究 |
| 3.1.2 大模面积光子晶体光纤模式分析 |
| 3.2 金斯堡-朗道方程及其数值解法 |
| 3.2.1 金斯堡-朗道方程(GLE) |
| 3.2.2 光纤参数的确定 |
| 3.3 毫焦耳级调频脉冲传输放大特性数值分析 |
| 3.3.1 两级配置实现毫焦耳级输出数值分析 |
| 3.3.2 三级配置实现毫焦耳级输出模拟分析 |
| 3.3.3 三级功率光纤放大器的优化设计结果 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 高功率光纤激光时域-频域调控关键技术研究 |
| 4.1 高功率光纤激光时域精密调控关键技术 |
| 4.1.1 高对比度脉冲精密整形技术 |
| 4.1.2 多束脉冲波形产生与调控 |
| 4.2 高功率光纤激光频域精密调控关键技术 |
| 4.2.1 中心波长精密调谐技术 |
| 4.2.2 波导相位调制技术 |
| 4.2.3 调频脉冲在光纤系统中的传输与控制 |
| 4.2.4 幅频效应抑制技术 |
| 4.3 本章小结 |
| 第5章 高功率光纤种子光源系统实验研究 |
| 5.1 单束高功率光纤种子光源系统实验研究 |
| 5.1.1 实验光路设计 |
| 5.1.2 整形脉冲能量放大特性实验 |
| 5.1.3 脉冲整形能力实验结果 |
| 5.1.4 系统光谱特性实验结果 |
| 5.1.5 幅频调制及其稳定性实验结果 |
| 5.1.6 脉冲能量稳定性实验结果 |
| 5.1.7 系统输出光束分布实验结果 |
| 5.2 甚多束高功率光纤种子光源系统方案设计 |
| 5.2.1 甚多束高功率光纤种子光源系统设计基本要求 |
| 5.2.2 系统设计要点 |
| 5.2.3 甚多束高功率光纤种子光源系统光路设计 |
| 5.3 本章小结 |
| 第6章 环带光纤超大匀场模式及其变换特性研究 |
| 6.1 环形光束衍射特性 |
| 6.2 环带超大匀场模式光纤及其模式特性 |
| 6.2.1 环带光束的定义 |
| 6.2.2 环带光纤结构模型 |
| 6.2.3 环带超大匀场光纤模式分布特性 |
| 6.3 环带光束与环形光束变换 |
| 6.4 本章小结 |
| 第7章 总结与展望 |
| 7.1 论文主要研究内容与结论 |
| 7.2 论文主要创新点 |
| 7.3 论文工作展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间发表的学术论文和参加的学术活动 |
（5）高功率激光应用的微结构光纤技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 微结构光纤 |
| 1.2 高功率激光应用的微结构光纤 |
| 1.3 选题意义、研究内容及创新点 |
| 2 带隙型微结构光纤的设计、制备及应用 |
| 2.1 简化空芯微结构光纤的设计 |
| 2.2 简化空芯光纤的制备与性能表征 |
| 2.3 简化空芯光纤的实验研究 |
| 2.4 全固布拉格光纤的制备实验 |
| 2.5 本章小结 |
| 3 微结构非线性光纤的设计、制备及超连续展宽应用 |
| 3.1 非线性光学和非线性折射率 |
| 3.2 高非线性光子晶体光纤和超连续谱的产生 |
| 3.3 微结构多芯非线性光纤设计 |
| 3.4 微结构非线性光纤的制备与表征 |
| 3.5 基于微结构多芯非线性光纤的超连续激光产生 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 超大模场微结构全固光纤的设计、制备及激光应用 |
| 4.1 大模场光纤 |
| 4.2 高功率光纤激光系统 |
| 4.3 全固多芯大模场光纤 |
| 4.4 超大模场掺镱双包层全固微结构光纤 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 总结及展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 攻读博士学位期间发表论文目录 |
（6）光子晶体光纤有效模面积测量技术的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究目的及意义 |
| 1.2 光子晶体光纤结构参数光学特性的研究现状 |
| 1.3 光子晶体光纤模场的测量和存在的问题 |
| 1.4 论文的组织结构 |
| 第2章 光子晶体光纤模场测量方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光纤模场定义 |
| 2.2.1 光纤模场直径定义 |
| 2.2.2 光纤有效模面积定义 |
| 2.3 光纤模场直径的测量方法 |
| 2.3.1 直接远场扫描法 |
| 2.3.2 远场可变孔径法 |
| 2.3.3 近场扫描法 |
| 2.3.4 横向位移法 |
| 2.4 光子晶体光纤模场测量系统设计 |
| 2.4.1 近场扫描法基本原理 |
| 2.4.2 测量系统结构设计 |
| 2.4.3 系统定标校准 |
| 2.5 小结 |
| 第3章 PCF端面图像处理算法研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 PCF端面图像噪声研究 |
| 3.3 基于小波提升算法去噪 |
| 3.3.1 小波提升算法实现 |
| 3.3.2 小波阈值去噪 |
| 3.3.3 程序设计流程图 |
| 3.4 有效模面积的计算方法 |
| 3.4.1 Matlab离线计算测量 |
| 3.4.2 在线实时测量 |
| 3.5 小结 |
| 第4章 光子晶体光纤有效模面积的仿真与测量 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 单模光纤G.652模场直径与模场面积的测量标定 |
| 4.3 三角格子光子晶体光纤有效模面积的仿真与测量 |
| 4.4 双折射型光子晶体光纤有效模面积的仿真与测量 |
| 4.5 实验中存在的问题 |
| 4.6 小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（7）掺镱、亚波长空芯及新型高非线性光子晶体光纤的研究（论文提纲范文）
| 致谢 |
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 引言 |
| 1.1 课题的研究背景和意义 |
| 1.1.1 大模场掺镱PCF的研究 |
| 1.1.2 亚波长空气孔传光PCF的研究 |
| 1.1.3 色散和非线性方面的研究 |
| 1.2 光子晶体光纤概述 |
| 1.2.1 光子晶体光纤概念及分类 |
| 1.2.2 光子晶体光纤的特性 |
| 1.3 光子晶体光纤的制备 |
| 1.3.1 稀土掺杂石英玻璃的制备 |
| 1.3.2 光子晶体光纤的制备 |
| 1.4 光子晶体光纤的研究现状 |
| 1.4.1 掺镱光子晶体光纤的研究现状 |
| 1.4.2 空芯光纤的研究现状 |
| 1.4.3 光子晶体光纤色散特性的研究现状 |
| 1.4.4 高非线性光子晶体光纤的研究现状 |
| 1.5 论文的研究内容和结构安排 |
| 2 大模面积单模掺镱光子晶体光纤的理论研究 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 有效折射率方法分析大芯径掺镱PCF的单模条件 |
| 2.3 归一化频率V随纤芯折射率及PCF结构的变化关系 |
| 2.3.1 中心缺失一层空气孔的PCF |
| 2.3.2 中心缺失不同层空气孔的PCF |
| 2.4 大模面积单模掺镱PCF的设计 |
| 2.5 有限元方法分析掺镱PCF单模传输条件 |
| 2.5.1 有限元方法 |
| 2.5.2 PCF单模条件分析 |
| 2.6 掺镱PCF单模传输时纤芯折射率与结构参数的取值范围 |
| 2.7 掺镱PCF中泵浦光传输的研究 |
| 2.8 结论 |
| 3 非化学汽相沉积法制备掺镱石英玻璃和光子晶体光纤拉制工艺的研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 掺镱石英玻璃的材料选取 |
| 3.3 掺镱石英玻璃光学特性分析方法 |
| 3.4 掺镱石英玻璃的制备与测试 |
| 3.5 PCF的制备 |
| 3.5.1 PCF拉制过程 |
| 3.5.2 PCF拉制过程中温度场分布的理论模型 |
| 3.5.3 PCF拉制过程中温度场分布情况 |
| 3.5.4 拉制的多种新型PCF及其传输特性分析 |
| 3.6 掺镱PCF光学性能测试 |
| 3.7 结论 |
| 4 亚波长空气孔传光的新型空芯光子晶体光纤研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 空芯PCF的模场分布和损耗特性随结构参数的变化规律 |
| 4.2.1 模场分布和损耗随波长的变化 |
| 4.2.2 模场分布和损耗随Λ的变化 |
| 4.2.3 模场分布和损耗随d_c/Λ的变化 |
| 4.2.4 模场分布和损耗随d/Λ的变化 |
| 4.2.5 模场分布和损耗随空气孔层数N的变化 |
| 4.3 空芯PCF的色散特性随结构参数的变化规律 |
| 4.4 亚波长空气孔传光的空芯PCF设计 |
| 4.5 纤芯带有微小空气孔PCF的制备 |
| 4.6 结论 |
| 5 光子晶体光纤包层节区宽带光谱产生的理论和实验研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 光脉冲在光纤传输的理论 |
| 5.2.1 光脉冲在光纤传输的基本方程推导 |
| 5.2.2 分步傅立叶法求解非线性薛定谔方程 |
| 5.3 PCF输出光谱与光纤结构参数及光脉冲参数的关系 |
| 5.3.1 单个零色散波长PCF |
| 5.3.2 两个零色散波长PCF |
| 5.4 光子晶体光纤包层节区的传光特性研究 |
| 5.4.1 所制备PCF的结构 |
| 5.4.2 PCF纤芯与包层节区的模场面积和非线性系数 |
| 5.4.3 PCF纤芯与包层节区的色散特性 |
| 5.4.4 PCF色散波的相位匹配特性 |
| 5.5 可见和红外宽带色散波的实验研究 |
| 5.6 飞秒脉冲在PCF中传输的实验研究 |
| 5.7 结论 |
| 6 三个和四个零色散波长光子晶体光纤及其相位匹配特性的研究 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 基于四波混频的相位匹配理论 |
| 6.3 一个零色散波长PCF的相位匹配特性 |
| 6.4 两个零色散波长PCF的相位匹配特性 |
| 6.5 两个零色散波长PCF宽带四波混频光谱的实验研究 |
| 6.6 三个零色散波长PCF |
| 6.6.1 三个零色散波长PCF的色散特性研究 |
| 6.6.2 三个零色散波长PCF的相位匹配特性 |
| 6.7 四个零色散波长PCF |
| 6.7.1 四个零色散波长PCF的色散特性研究 |
| 6.7.2 四个零色散波长PCF的相位匹配特性 |
| 6.8 结论 |
| 7 结论 |
| 参考文献 |
| 作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果 |
| 学位论文数据集 |
（8）全固态光子晶体光纤及其应用于光纤激光器的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.1.1 光子晶体光纤激光器 |
| 1.1.2 应用于光纤激光器的光子晶体光纤研究进展 |
| 1.2 全固态光子晶体光纤 |
| 1.2.1 光子晶体光纤 |
| 1.2.2 全固态光子晶体光纤的发展 |
| 1.2.3 全固态光子晶体光纤的优势 |
| 1.3 研究重点和内容安排 |
| 第二章 全固态光子晶体光纤理论研究方法 |
| 2.1 全矢量有限元法 |
| 2.2 COMSOL 结合 MATLAB 数值计算 |
| 2.2.1 有效折射率 |
| 2.2.2 数值模拟过程 |
| 2.3 全固态光子晶体光纤特性 |
| 2.3.1 限制损耗 |
| 2.3.2 模场面积 |
| 2.3.3 数值孔径 |
| 2.3.4 弯曲损耗 |
| 2.3.5 有效归一化频率 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 全固态光子晶体光纤结构设计和优化 |
| 3.1 三角晶格全固态光子晶体光纤特性研究 |
| 3.2 掺镱正方晶格全固态光子晶体光纤结构设计和优化 |
| 3.2.1 结构选取 |
| 3.2.2 光纤参量对基模模场面积的影响 |
| 3.2.3 光纤参量对限制损耗的影响 |
| 3.2.4 弯曲对光纤特性的影响 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 全固态光子晶体光纤激光器基本原理 |
| 4.1 光纤激光器工作原理 |
| 4.1.1 泵浦源和泵浦方式 |
| 4.1.2 谐振腔 |
| 4.1.3 稀土掺杂光纤 |
| 4.2 光子晶体光纤激光器的速率方程和功率传输方程 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 全固态光子晶体光纤激光器特性研究 |
| 5.1 参数设定 |
| 5.2 激光器参量对激光性能影响的研究 |
| 5.2.1 腔镜反射率对激光性能的影响 |
| 5.2.2 增益光纤长度对激光性能的影响 |
| 5.2.3 离子掺杂浓度对激光性能的影响 |
| 5.2.4 泵浦功率对激光性能的影响 |
| 5.3 光纤参量对激光性能影响的研究 |
| 5.3.1 功率填充因子对激光性能的影响 |
| 5.3.2 基模模场面积对激光性能的影响 |
| 5.3.3 全固态光子晶体光纤大介质柱尺寸对激光性能的影响 |
| 5.3.4 全固态光子晶体光纤介质柱间距对激光性能的影响 |
| 5.3.5 全固态光子晶体光纤折射率差对激光性能的影响 |
| 5.4 全固态光子晶体光纤激光器的应用 |
| 5.5 本章小结 |
| 第六章 总结与展望 |
| 参考文献 |
| 附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文 |
| 致谢 |
（9）光子晶体光纤特性分析与优化设计（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 1 绪论 |
| 1.1 课题的研究背景和意义 |
| 1.2 光子晶体光纤简介 |
| 1.2.1 光子晶体及其特性 |
| 1.2.2 光子晶体光纤分类及概述 |
| 1.3 光子晶体光纤的特性及制备 |
| 1.3.1 光子晶体光纤的重要特性 |
| 1.3.2 光子晶体光纤的制备方法 |
| 1.4 光子晶体光纤的国内外发展及应用情况 |
| 1.5 论文的创新点及章节安排 |
| 2 光子晶体光纤的理论分析方法 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 光子晶体光纤的理论研究方法概述 |
| 2.2.1 平面波展开法 |
| 2.2.2 有效折射率法 |
| 2.2.3 时域有限差分法 |
| 2.2.4 多极法 |
| 2.2.5 光束传播法 |
| 2.3 全矢量有限元法分析光子晶体光纤 |
| 2.3.1 全矢量有限元法的基本理论 |
| 2.3.2 全矢量有限元法研究光子晶体光纤 |
| 2.3.3 COMSOL 3.4 分析光子晶体光纤 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 全内反射型光子晶体光纤的非线性和色散特性分析 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 非线性和色散的基本理论 |
| 3.2.1 非线性的原理和计算 |
| 3.2.2 色散的原理和计算 |
| 3.3 非线性特性与光子晶体光纤结构的关系 |
| 3.3.1 非线性系数与最内层空气孔直径d 1和波长之间的关系 |
| 3.3.2 非线性系数与占空比 d / 和波长之间的关系 |
| 3.4 色散特性与光子晶体光纤结构的关系 |
| 3.4.1 色散特性与最内层空气孔直径d1 和波长之间的关系 |
| 3.4.2 色散特性与占空比 d / 和波长之间的关系 |
| 3.5 一种高非线性色散平坦光子晶体光纤的优化设计 |
| 3.6 本章小结 |
| 4 混合导光型光子晶体光纤色散和有效模场面积的研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 混合导光型光子晶体光纤简介 |
| 4.3 结构参数对混合导光型光子晶体光纤特性的影响 |
| 4.3.1 色散和有效模面积与最内层高折射率柱直径d1的关系 |
| 4.3.2 色散和有效模面积与包层空气孔直径d关系 |
| 4.3.3 色散和有效模面积与孔间距 的关系 |
| 4.4 新型混合导光型色散平坦光子晶体光纤的优化设计 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 总结 |
| 5.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| A 作者在攻读学位期间所发表、录用的论文目录 |
（10）大模场光纤激光器模式分析与光束质量研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| ABSTRACT |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 高功率光纤激光器的发展及其应用 |
| 1.1.1 高功率光纤激光器的应用 |
| 1.1.2 高功率光纤激光器的发展状况 |
| 1.2 大模场光纤高阶模模式抑制方法 |
| 1.2.1 双包层大模场光纤的高阶模抑制技术 |
| 1.2.1.1 弯曲光纤选模法 |
| 1.2.1.2 激光模式转换法 |
| 1.2.1.3 光纤拉锥法 |
| 1.2.1.4 “增益”控制技术 |
| 1.2.1.5 复合导引技术 |
| 1.2.2 光子晶体光纤 |
| 1.3 本论文的主要研究内容 |
| 第二章 大模场掺 Yb~(3+)光纤激光器的理论基础研究 |
| 2.1 掺 Yb~(3+)光纤的能级结构和光谱特性 |
| 2.1.1 Yb~(3+)离子能级的基本特性 |
| 2.1.2 Yb~(3+)的吸收和发射光谱的特性分析 |
| 2.2 大模场光纤激光器理论研究 |
| 2.2.1 双包层光纤的参数 |
| 2.2.2 大模场光纤中模式的分布 |
| 2.3 光纤激光器多模传输的功率传输方程组 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 大模场掺 Yb~(3+)光纤激光器高阶模抑制的研究 |
| 3.1 大模场双包层掺 Yb~(3+)光纤激光器多模传输研究 |
| 3.1.1 多模传输功率传输方程组的简化分析 |
| 3.1.2 计算参数和光纤中模式竞争分析 |
| 3.1.3 泵浦功率对激光器输出特性的影响 |
| 3.2 掺杂离子分布对激光器模式特性的影响 |
| 3.2.1 掺杂光纤 Yb~(3+)离子分布设计 |
| 3.2.2 掺杂离子分布对高阶模抑制作用的研究 |
| 3.2.3 光纤掺杂离子分布区域优化设计 |
| 3.3 光纤弯曲对激光器模式特性和光束质量的影响 |
| 3.4 弯曲-掺杂离子分布结合法对纤芯中高阶模抑制的理论研究 |
| 3.5 本章小结 |
| 第四章 大模场光纤激光系统光束质量的实验研究 |
| 4.1 光纤激光器实验系统结构介绍 |
| 4.2 掺 Yb~(3+)光纤激光器实验系统设计与计算 |
| 4.2.1 泵浦源半导体激光器性能测试 |
| 4.2.2 耦合系统设计 |
| 4.2.2.1 耦合系统中的准直透镜 |
| 4.2.2.2 耦合系统中的聚焦透镜 |
| 4.3 双包层掺 Yb~(3+)光纤激光器的弯曲特性实验研究 |
| 4.3.1 掺 Yb~(3+)双包层光纤参数及计算 |
| 4.3.2 单模掺 Yb~(3+)光纤激光器实验研究 |
| 4.3.3 大模场掺 Yb~(3+)光纤激光器实验研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 第五章 结论 |
| 5.1 本文的贡献 |
| 5.2 下一步工作的展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 硕期间取得的研究成果 |
四、Experimental Investigation of Macro-Bending Loss in Large Mode Area Photonic Crystal Fibers（论文参考文献）
- [1]新型光子准晶光纤基本光学特性及其OAM传输特性研究[D]. 刘娥贤. 湖南大学, 2020(02)
- [2]高功率高光束质量窄线宽线偏振光纤激光技术研究[D]. 黄龙. 国防科技大学, 2019(01)
- [3]大模场光纤波导结构的优化设计[D]. 苗效方. 中国科学院大学(中国科学院西安光学精密机械研究所), 2019(05)
- [4]高功率高能光纤激光光场调控关键技术研究[D]. 许党朋. 中国工程物理研究院, 2017(05)
- [5]高功率激光应用的微结构光纤技术研究[D]. 韦会峰. 华中科技大学, 2017(10)
- [6]光子晶体光纤有效模面积测量技术的研究[D]. 马利东. 燕山大学, 2016(01)
- [7]掺镱、亚波长空芯及新型高非线性光子晶体光纤的研究[D]. 赵兴涛. 北京交通大学, 2015(06)
- [8]全固态光子晶体光纤及其应用于光纤激光器的研究[D]. 刘一鸣. 南京邮电大学, 2014(05)
- [9]光子晶体光纤特性分析与优化设计[D]. 简多. 重庆大学, 2013(02)
- [10]大模场光纤激光器模式分析与光束质量研究[D]. 陈明. 电子科技大学, 2013(01)