Исследование оптических свойств одномодовых активных и пассивных волокон с большим эффективным размером поля моды

• Автор: Устимчик, Василий Евгеньевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 152 с. : ил.

Содержание
Введение

1. Обзор литературы

1.1. Волоконные лазеры

1.2. Описание существующих волокон с большой эффективной площадью сечения поля моды

1.2.1. Низко-апертурные оптические волокна

1.2.2. Волокна с кирально связанными сердцевинами

1.2.3. Оптические волокна с каналами утечки. Фотонно-кристаллические волокна

1.2.4. Конусные переходы в оптических волокнах

1.2.5. Волокна с У-структурой профиля показателя преломления

1.3. Методы экспериментального исследования

1.3.1. Параметр качества оптического излучения М
1.3.2. Метод Б2 измерения модового состава оптического излучения
2. Исследование модельных конусных волокон с двойной оболочкой
2.1. Описание принципиального строение конусного волокна. Анализ распространения многомодового излучения по свстоведущей оболочке в геометрическом приближении
2.2. Уравнения связи мод. Анализ распространения излучения по сердцевине конусного волокна. Определение критерия адиабатического продольного геометрического профиля
2.3. Описание экспериментальных образцов пассивных конусных волокон
2.4. Экспериментальное исследование качества выходного излучения из пассивного конусного волокна
2.5. Экспериментальное исследование адиабатического расширения фундаментальной моды в конусном волокне
3. Многослойные У-световоды
3.1. Анализ модового состава волокон с У-профилем показателя преломления

3.2. Метод матриц передачи. Описание теоретической модели определения параметров направляемых и вытекающих мод ЗУ-волокон
3.3. Описание зависимостей характеристик распространения оптического излучения от параметров структуры У-профиля показателя преломления волокна
3.3.1. Исследование оптических свойств направляемых мод
3.3.2. Исследование оптических свойств вытекающих мод
3.4. Описание экспериментальных образцов пассивных волокон ЗУ-тигга. Результаты компьютерного моделирования
3.4.1. Образец V-
3.4.2. Образец V-
3.4.3. Образец V-
3.5. Интерпретация экспериментальных результатов и сравнительный анализ с теоретическими исследованиями многослойных волокон У-типа
3.5.1. Образец V-
3.5.2. Образец V-
3.5.3. Образец ЗУ-
4. Исследования активных иттербиевых конусных волокон с двойной оболочкой .
4.1. Поглощение оптической накачки внутри активных волокон
4.2. Модель распространения и генерации излучения внутри конусных волокон
4.3. Результаты моделирования процесса стационарной генерации в активных конусных волокнах с двойной оболочкой
4.4. Волоконный усилитель на основе конусного волокна с двойной оболочкой, легированного ионами иттербия
Заключение
Литература

Введение
Актуальность темы исследовании. Создание лазеров является одним из самых выдающихся научно-технических достижений конца XX века. С момента публикации первых статей о возможности создания волоконных лазеров прошло менее пятидесяти лет [1-7], но уже сейчас трудно найти область человеческой деятельности, где лазерное излучение не применяется. Однако развитие технологии волоконных лазеров далеко от завершения. За последнее десятилетие мощность волоконных лазеров увеличилась более чем на 2 порядка, что привело к возможности создания волоконного лазера мощностью до 100 кВт [8]. Волоконные лазеры большой мощности используются повсеместно в промышленности для обработки, резки, сварки, 1равировки, очистки и т.д. материалов, также они применимы для широкого спектра научных и практических целей. Волоконно-оптические лазеры имеют компактную конструкцию при высокой эффективности и высоком качестве выходного излучение, что определяет удобство их использования.
Излучение одномодовых волоконных лазеров оптимально подходит для множества задач в научной сфере, а также в промышленных областях для микро- и макро-обработки материалов из-за возможности фокусировки излучения до наименьших размеров. Большие мощности в совокупности с малым размером лазерного пучка и высоким его качеством позволяют производить нанлучшие срезы металлов и обеспечивают наибольшую глубину проникновения при сварке. В то время как современные сферы применения волоконных лазеров требуют больших мощностей, традиционно используемые одномодовыс оптические волокна накладывают значительные ограничения на максимальную величину передаваемой по ним мощности из-за температурных эффектов, оптического разрушения и нелинейного рассеяния (в основном рассеяние Рамана). Увеличение эффективной площади моды приводит к уменьшению плотности мощности оптического излучения, распространяющегося по волокну, вследствие чего на такие волокна оказывают меньшее влияние нелинейные эффекты, и порог разрушения таких волокон намного выше, чем у стандартных одномодовых волокон. Именно поэтому дальнейшее увеличение мощности волоконных лазеров не представляется возможным без разработки специальных активных и пассивных оптических волокон, работающих в строго одномодовом режиме и имеющих относительно большой модовый размер выходного излучения [8,9].
Традиционно сердцевины с большим размером могут поддерживать распространение определенного количества направляемых поперечных мод. Именно поэтому в процессе ге-

Глава 2. Исследование модельных конусных волокон с двойной
оболочкой
2.1. Описание принципиального строение конусного волокна. Анализ распространения многомодового излучения по световедущей оболочке в геометрическом приближении
Конусное волокно представляет собой осесимметричную структуру с круговым поперечным сечением и с плавным, адиабатическим увеличением диаметра сердцевины и оболочки с остающимся неизменным по длине соотношением диаметров. На рис. 2.1 изображена принципиальная схема экспериментальных образцов конусных оптических волокон. Условно такое
Рис. 2.1. Схематическое изображение конусного оптического волокна.
волокно можно разбить на три части по длине. Первая - узкая одномодовая часть конусного волокна характеризуется малыми значениями радиусов сердцевины порядка 4-8 мкм. Таким образом, в этой части осуществляется одномодовое или почти одномодовое распространение излучения. Вторая часть - конусное расширение. Увеличение диаметра конусного волокна в этой части имеет плавный, адиабатический характер, заданный непрерывной функцией, определяющей продольный геометрический профиль. Зависимость радиуса конусного волокна и производной радиуса по координате от длины определяет плавность расширения конусного волокна, и, как следствие, величину связи мод в оптическом волокне такой структуры. Условие адиабатического расширения конусного волокна определяется в следующем параграфе. Данная часть конусного волокна является основным объектом исследования, которому посвящена данная работа. Его структура и характер расширения полностью определяет параметры выходного излучения, которые возможно получить. Третья часть - широкая многомодовая