【摘 要】
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大模场面积光纤可以有效解决光纤中因光功率增大而引起的非线性效应问题,因而可提高光纤激光器的光束质量,并且减小光纤中过高光强对光纤造成的物理损伤。但是随着有效模场面积的增大,光纤的弯曲损耗通常也会随之增加。同时,光纤激光器发展迅速,并且更加趋向于小型化、集成化和紧凑化来应用于各种复杂的场景,这对于光纤的抗弯曲性提出了更高的要求。因此,解决大模场面积和低弯曲损耗之间的矛盾具有重大意义。本文的主要工作如
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大模场面积光纤可以有效解决光纤中因光功率增大而引起的非线性效应问题,因而可提高光纤激光器的光束质量,并且减小光纤中过高光强对光纤造成的物理损伤。但是随着有效模场面积的增大,光纤的弯曲损耗通常也会随之增加。同时,光纤激光器发展迅速,并且更加趋向于小型化、集成化和紧凑化来应用于各种复杂的场景,这对于光纤的抗弯曲性提出了更高的要求。因此,解决大模场面积和低弯曲损耗之间的矛盾具有重大意义。本文的主要工作如下:（1）基于传统十九芯光纤提出新型准三十七芯低弯损大模场面积光纤,该光纤具有二十个空气孔和十七个芯,可以实现单模传输或者严格意义的双模传输(基模HE11和二阶矢量模HE21),空气孔结构使二阶矢量模TE01和TM01被截止。接下来,分析其模场分布,模式特性以及单双模带宽,系统地研究了光纤各个结构参数对有效折射率和有效模场面积的影响。通过调整结构参数控制光纤处于单模传输,严格双模传输等情况。在保持严格意义上双模传输的情况下,通过优化光纤的结构参数,基模的有效面积可达1557.91μm2。当弯曲半径为0.47 m时,光纤基模的有效面积可达1534.08μm2,并同时可保持较低的弯曲损耗小于10-3 d B/m,该光纤性能明显优于传统十九芯光纤。（2）为了更进一步提升光纤的性能,并且使其结构更加稳定,本文又提出了下陷层辅助准十九芯低弯损大模场面积光纤。该光纤在新型准三十七芯低弯损大模场面积光纤基础上将周围一圈空气孔替换为折射率低于包层的环形掺氟下陷层,从而减少空气孔数量,使结构更加稳定。同样,分析其模场分布、模式特性和单双模带宽,并详细地讨论结构参数与光纤模式有效折射率和有效模场面积之间的关系。在保持严格意义上双模传输的情况下,优化后的光纤基模有效面积可达2072.58μm2。该光纤在弯曲半径为0.42 m的情况下,基模有效面积可以达到2026.19μm2,弯曲损耗降低到10-3 d B/m以下,该光纤性能更优于新型准三十七芯光纤。本文提出的低弯损大模场面积光纤对于高功率光纤激光器、放大器和大容量光通信系统等具有重要的指导意义。
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