【摘 要】
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柱矢量光具有轴对称的偏振及强度分布特点,强聚焦条件下会形成一个独特且较强的局部纵向电场,在工业加工、材料处理、粒子操控、显微成像等领域具有独特的应用优势。模式选择耦合器是实现全光纤模式转换的关键器件,具有结构简单体积小、高转换效率、高模式纯度和优良光纤兼容性等优点,是目前最有希望获得稳定可靠柱矢量全光纤激光输出的一套技术方案。但是常规的预拉锥型模式选择耦合器仍然存在制备工艺复杂、稳定性差等技术缺陷
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柱矢量光具有轴对称的偏振及强度分布特点,强聚焦条件下会形成一个独特且较强的局部纵向电场,在工业加工、材料处理、粒子操控、显微成像等领域具有独特的应用优势。模式选择耦合器是实现全光纤模式转换的关键器件,具有结构简单体积小、高转换效率、高模式纯度和优良光纤兼容性等优点,是目前最有希望获得稳定可靠柱矢量全光纤激光输出的一套技术方案。但是常规的预拉锥型模式选择耦合器仍然存在制备工艺复杂、稳定性差等技术缺陷。本文基于模式耦合理论,采用光束传播法和熔融拉锥工艺设计并制作了一款新型的免预拉锥模式选择耦合器,最终通过搭建柱矢量窄线宽全光纤激光器实验平台测试了耦合器的主要技术参数,获得了高模式纯度、高稳定性的LP11模输出。本文的研究工作与具体方法如下:1.从少模光纤模式理论和耦合模式理论出发,研究了模式选择耦合器的工作原理和结构特性,分析了少模光纤内低阶矢量模与线偏振模的关系及其各自的分布特点,揭示了耦合系数和功率传输分布随耦合器结构参数的变化规律。2.首次提出一种采用Nufern 1060XP光纤和Corning SMF-28e光纤分别作为1μm波段的SMF和FMF来构建新型免预拉锥模式选择耦合器的新方法,基于光束传播法,利用Rsoft Component Suite软件对耦合器进行建模仿真,分析模式耦合过程中的能流规律。通过合理设计,从理论上获得了LP01模向LP11模最高转换效率的耦合结构参数:耦合区的SMF/FMF直径6.06μm,耦合区长度1125μm（或其奇数倍）,纤芯间距6μm。3.基于实验室的多功能光纤拉锥熔合系统和优化后的耦合结构参数,采用熔融拉锥法完成了免预拉锥模式选择耦合器的拉制与封装。4.搭建全保偏结构的窄线宽线偏振单模运转连续/脉冲光纤激光器,分别获得了平均功率56.1/31.8 m W的连续/脉冲激光输出。注入到免预拉锥模式选择耦合器中,测得其连续/脉冲工作条件下LP11模的转换效率、模式纯度、分束比、附加损耗、功率稳定性等主要技术参数,其中不低于99.6%的LP11模纯度和小于0.06 d B的功率稳定性都优于同类型的模式选择耦合器。
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