折射率溝槽結構光纖雷射側面泵浦耦合特性研究

《折射率溝槽結構光纖雷射側面泵浦耦合特性研究》是依託清華大學，由肖起榕擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：折射率溝槽結構光纖雷射側面泵浦耦合特性研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：肖起榕
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

光纖雷射器具有轉換效率高、光束質量好等優點，成為雷射研究的一個熱點。而如何將泵浦光通過光纖耦合器可靠、高效地耦合到增益光纖成為研製高功率光纖雷射器的關鍵問題。現有光纖耦合器存在纖芯損耗大、反向隔離度低及無法套用於大模場光纖等問題；且國外對其實行嚴格技術封鎖，國內外技術差距較大，急需自主研究創新以達到國際先進水平。 本項目提出的折射率溝槽結構光纖雷射側面泵浦耦合器，泵浦光經過三段耦合區高效地耦合到主光纖。此耦合器具有獨特的折射率溝槽結構，在製作過程中不破壞主光纖纖芯，具備信號和泵浦光插入損耗小、反向隔離度高和可套用於大模場光纖等優勢。本項目建立有限差分三維空間下完美匹配邊界條件大廣角光束傳播方法，對耦合器模式耦合損耗機理進行深入研究，為耦合器設計及實驗製作提供指導。其次，開展耦合器製作工藝探索，掌握全套製作方法，擬首次實現耐受功率為：泵浦光3kW，連續信號光1kW，脈衝信號光1MW的光纖耦合。

結題摘要

光纖雷射泵浦耦合器是光纖雷射器中的核心器件，直接決定雷射器輸出功率水平，國內外對此器件研究非常重視。我們針對光纖雷射泵浦耦合器開展研究，提出了折射率溝槽側面泵浦結構的光纖耦合器。首先，在理論上建立了有限差分三維尺度大廣角完美匹配邊界條件光束傳輸（FD-3D-PML-BPM）理論模型，深入研究了折射率溝槽側面泵浦耦合器（Index Valley Side Pumping Coupler, IVSPC）泵浦光和信號光傳輸損耗特性，以及耦合器的反向隔離特性；分析了纖芯微形變對模式擾動特性機制，主要明確了信號光損耗和光束質量受纖芯形變影響；理論模型以及分析結果為IVSPC耦合器設計提供了指導。其次，實驗上搭建了折射率溝槽結構光纖雷射側面泵浦耦合器製作工藝平台，完成了折射率溝槽結構光纖雷射側面泵浦耦合器製作工藝研究，掌握耦合器製作的關鍵技術工藝，成功製作了多種光纖搭配的耦合器樣品。最終在套用上，將IVSPC耦合器成功套用到了各種脈衝和連續光纖雷射器中，包括：調Q脈衝光纖雷射器、LD作為種子的脈衝光纖雷射放大器、鎖模光纖雷射器、3kW連續雷射輸出的光纖放大器以及新波長（1018nm、1030nm、ASE源和拉曼雷射）光纖雷射器中，驗證了IVSPC耦合器的實用性和優越性。項目資助發表論文14篇，其中SCI檢索12篇。培養博士生3名，其中1名已經取得博士學位，2名在讀。