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光子晶体光纤熔接技术及在高功率超连续谱产生中的应用

作　者: 李斌
导　师: 王清月
学　校: 天津大学
专　业: 光电子技术
关键词: 超连续谱光子晶体光纤空气孔塌陷光纤熔接光纤研磨锥形光纤
分类号: TN253
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

超连续谱(Supercontinuum, SC)是光谱宽度超过倍频程甚至两个倍频程的光输出,在生物医学、光计量学、光通信等许多方面都有非常重要的应用价值。目前利用飞秒激光脉冲在光子晶体光纤(Photonic Crystal Fibers, PCF)中产生超连续谱已成为超连续谱研究的前沿领域。由于PCF的“石英-空气孔”结构,其破坏阈值比传统光纤低,因此限制了超连续谱的输出功率。本论文以PCF的熔接为切入点,系统研究了熔接损耗的来源与降低损耗的制约机制,分析了熔接功率与熔接损耗的关系,以及各熔接参数对熔接效果的影响。在此基础上,针对提高超连续谱的输出功率提出三种解决方案,分别进行理论研究与实验验证,得到了较为理想的实验结果。实验中首先研究了不同空气填充率PCF与普通单模光纤的熔接,针对不同种类PCF找到低损耗熔接办法,将熔接得到的PCF应用于超连续谱产生实验,利用普通单模光纤端面的高破坏阈值和高耦合效率提高超连续谱的输出功率,得到了7.45W超连续谱输出。由于熔接损耗的存在,泵浦光在耦合点和熔接点处都产生耗散光功率,整体损耗较大,限制了超连续谱功率的进一步提升,为此设计了PCF端面塌陷研磨方案,将飞秒激光直接从处理端面耦合到PCF中产生超连续谱,耦合效率从采用熔接方案时的60%上升至80%,得到了6.40W超连续谱输出。为了在提升超连续谱输出功率的同时将光谱向短波方向延伸,设计了PCF与锥形过渡光纤熔接方案,系统分析了各熔接参数对锥形光纤熔接效果的影响,实现了PCF的低损耗熔接,熔接损耗从4.61dB下降至1.49dB。应用此方案有望得到高功率,宽覆盖的超连续谱。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-16
  1.1 超连续谱的概述  7-9
  1.2 产生超连续谱的激光光源及常用光纤  9-11
    1.2.1 产生超连续谱的激光光源  9-10
    1.2.2 产生超连续谱的常用光纤  10-11
  1.3 超连续谱的应用  11-13
  1.4 在光子晶体光纤中产生高功率超连续谱的困难及解决方案  13-14
  1.5 本论文的主要工作  14-16
第二章光子晶体光纤熔接的基本理论  16-25
  2.1 熔接损耗的来源与制约机制  16-19
    2.1.1 模场失配损耗  17
    2.1.2 塌陷损耗  17-19
  2.2 光子晶体光纤熔接时的热量传递  19-21
  2.3 熔接功率与熔接损耗的关系  21-22
  2.4 熔接参数与熔接效果的关系  22-24
    2.4.1 熔接参数  22-23
    2.4.2 熔接参数对熔接效果的作用  23-24
  2.5 小结  24-25
第三章光子晶体光纤与普通单模光纤的熔接  25-36
  3.1 熔接工具  25-27
  3.2 不同空气填充率光子晶体光纤熔接  27-34
    3.2.1 低空气填充率的光子晶体光纤熔接实验  27-31
    3.2.2 高空气填充率的光子晶体光纤熔接实验  31-34
  3.3 将光子晶体光纤熔接应用于飞秒激光产生超连续谱实验  34-35
  3.4 小结  35-36
第四章光子晶体光纤的端面处理  36-43
  4.1 锥形光纤光波导理论  36-38
    4.1.1 光功率在锥形光纤中的分布  36-37
    4.1.2 包层中光功率的损耗  37-38
  4.2 光子晶体光纤端面塌陷研磨实验  38-42
  4.3 小结  42-43
第五章光子晶体光纤与锥形过渡光纤的熔接  43-53
  5.1 采用锥形过渡光纤熔接产生超连续谱的原因与注意事项  43-46
    5.1.1 采用锥形过渡光纤熔接产生超连续谱的原因  43-44
    5.1.2 实验设计与注意事项  44-46
  5.2 熔接参数对锥形过渡光纤熔接效果的影响  46-50
  5.3 光子晶体光纤与锥形过渡光纤熔接实验  50-51
  5.4 小结  51-53
第六章总结与展望  53-55
  6.1 本文工作总结  53-54
  6.2 展望  54-55
参考文献  55-60
发表论文和参加科研情况说明  60-61
致谢  61

光子晶体光纤熔接技术及在高功率超连续谱产生中的应用

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