用于光纤激光放大的全固态反谐振光纤结构包括
用于光纤激光放大的全固态反谐振光纤结构是一种新型的光纤设计，它通过特殊的结构实现了高效的光信号放大。这种光纤结构主要由纤芯、包层和反谐振层组成，其中反谐振层的设计是关键。反谐振层能够有效地抑制不需要的模式，同时增强所需模式的传输效率。全固态设计使得光纤具有更好的机械稳定性和热稳定性，适用于高功率激光放大的应用场景。
与传统的光纤结构相比，全固态反谐振光纤在激光放大过程中表现出更低的非线性效应和更高的光束质量。这种结构的光纤能够有效地减少模式间的串扰，提高信号传输的纯净度。此外，全固态反谐振光纤的制造工艺相对成熟，可以实现大规模生产，为光纤激光放大技术的商业化应用提供了有力支持。这种光纤结构在工业加工、医疗设备和科学研究等领域具有广阔的应用前景。
用于光纤激光放大的全固态反
在近期的研究进展中，光纤激光技术凭借其卓越的光束质量、紧凑的结构设计以及维护的便捷性，成为了当前激光技术领域中的热门焦点，并展现出巨大的发展潜力。随着光纤激光器的技术进步，我们已经能够实现高达万瓦的平均功率以及数十吉瓦的峰值功率。然而，提高激光输出功率的过程中，非线性效应和模式稳定性问题成为了技术突破的难点。为了克服这些挑战，研究人员开始探索采用大模场面积的有源光纤，以此降低纤芯功率密度，同时确保光纤的单模传输，从而提升激光输出功率。
目前，空芯光子晶体光纤中的一种——空芯反谐振光纤，因其极低的传输损耗、广泛的传输光谱范围以及高模式纯度，成为了光纤研究领域的热点。北京工业大学的研究团队设计了一种新型的全固态反谐振光纤结构，适用于高功率光纤激光放大。该结构利用反谐振反射原理实现低损耗的信号光传输，并通过谐振耦合效应有效滤除纤芯中的高阶模。
在预制棒的制作过程中，由于稀土离子掺杂浓度的难以精确控制，纤芯折射率会出现波动。针对这一问题，研究团队分析了纤芯增益区折射率变化对光纤模式特性的影响，并通过仿真证实了全固态反谐振光纤结构对折射率变化的良好适应性。该结构设计使得纤芯直径可在40至100微米之间变化，折射率在1.4499至1.45之间，基模损耗低于1分贝每米，而高阶模损耗则超过10分贝每米，高阶模抑制比超过20分贝，特别是在纤芯直径为100微米时，光纤模场面积超过5000平方微米。相关研究成果已发表在《高功率激光科学与工程》2024年第2期。
设计的全固态反谐振光纤结构及其折射率分布如图1所示，主要包括掺杂稀土离子的有源纤芯、环绕纤芯的圆环形高折射率反谐振层，以及背景石英区域。当纤芯中的基模光向包层泄漏时，若其波长满足反谐振反射条件，则会通过反谐振层反射回纤芯，实现低损耗导光。通过精心设计有源纤芯与毛细管的大小与比例，研究团队实现了纤芯高阶模与毛细管包围的石英部分传导的基模之间的相位匹配，从而产生谐振耦合效应，有效滤除高阶模。团队进一步阐述了谐振耦合效应的原理，并推导出实现谐振耦合效应所需的纤芯与毛细管比例公式，使得设计的光纤结构高阶模抑制比提升超过10分贝。
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