大模場面積抗彎曲單模摻銩光子晶體光纖的研究

《大模場面積抗彎曲單模摻銩光子晶體光纖的研究》是依託北京交通大學，由婁淑琴擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：大模場面積抗彎曲單模摻銩光子晶體光纖的研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：婁淑琴
• 依託單位：北京交通大學

項目摘要

摻銩光纖雷射器輸出已邁進千瓦級，非線性效應已成為限制輸出功率提升的一個主要障礙，大模場面積光纖可以降低非線性效應，卻因少摸運轉和彎曲損耗高難以滿足高功率小型化雷射器的發展需求。課題以研製大模場面積抗彎曲單模摻銩光纖為目標，充分利用光子晶體光纖(PCF)的結構設計柔性，基於諧振耦合理論，以結構創新為突破點，研究大模場面積光纖中高階模快速損耗機制，解決傳統結構中大模場面積與單模運轉的矛盾，突破由光纖彎曲引起的模場面積銳減、彎曲損耗高和彎曲方向角敏感等難題。並建立多元素共摻光纖微觀理論模型，研究高濃度摻銩對微觀結構影響的巨觀表征，探索高摻雜纖芯折射率升高的抑制機制。同時注重拉制工藝的改進，升級PCF性能線上監控模型。研製出彎曲不敏感、基模場面積超過4000μm2、極限彎曲半徑可達10cm的單模摻銩PCF，填補2μm波段高性能高功率小型化摻銩光纖雷射器發展急需的大模場面積抗彎曲單模摻銩光纖的空白。

結題摘要

本項目面向高功率光纖雷射器的發展需求，在抗彎曲大模場面積光纖理論模型、摻雜機理、製備技術及套用等多方面取得了突破，按期圓滿完成課題任務。項目在深入研究大模場面積抗彎曲光纖的模場面積、單模特性及彎曲特性的影響機理和內在關聯的基礎上，以結構創新為突破口，提出一種多溝槽芯抗彎曲大模場面積光纖，將單模運轉的最小彎曲半徑由20 cm減小到15 cm, 在工作波長2μm處，模場面積提高到1637μm2，突破了目前多溝槽光纖彎曲狀態下的模場面積瓶頸，有效解決大模場面積與單模、彎曲及彎曲方向角敏感問題。以降低製作難度和工藝複雜度為牽引，提出了一種簡化型的溝槽芯光纖，將最小彎曲半徑降低到10 cm，模場面積提升到2460μm2，高階模與基模損耗比提高到886。為進一步提升模場面積，項目又提出一種具有泄露通道的大模場面積微結構光纖，模場面積可高達3000 μm2，高階模和基模的損耗比提升到2244，獲得了1.75~2.5μm超寬的單模工作波長範圍。在製作工藝研究方面，一方面成功突破鉍鎵銩共摻工藝，為研製溝槽芯結構奠定基礎;另一方面，針對微結構光纖製備中易出現的塌陷形變問題，在提出的全變差和小波去噪方法的基礎上，又提出利用壓縮感知結合非降採樣變換方法，實現了僅利用36%的截面數據就可以快速、高精度復原微結構光纖截面，有效實現對實際微結構光纖的特性評估，同時加快了微結構光纖製作過程中光纖工藝參數的線上快速最佳化。首次研製出雙層離子摻雜結構的單模大模場面積光纖以及四層摻雜結構的大芯徑光纖，並基於所研製的大芯徑光纖實現了可調諧可切換的多波長光纖雷射器。受本項目資助完成學術專著一本；應邀在國際國內大型學術會議做特邀報告4次；發表SCI論文 27篇，EI論文 6篇，國際會議論文6篇；申請專利7項，授權4項；獲重慶市自然科學二等獎1項， 培養畢業博士研究生4人，碩士研究生11人；聯辦大型學術會議1次。研究成果對推進新型特種光纖及高功率摻銩光纖雷射器的發展具有重要的意義和實用價值。