（光学专业论文）光子晶体光纤激光器件的研究.pdf

摘要 摘要 9 0 年代，光子晶体光纤的诞生，为构建高性能的光纤器件提供了一种新的叮 能，基于光子晶体光纤实现高功率光纤有源器件的研究成为国际上的热点问题。 本文的研究内容就是跟踪这一热点，对大模面积掺y b ”双包层光子晶体光纤激 光器和超荧光光纤光源进行了较为系统、全面的研究探讨。论文的主要内容包 括： 1 光子晶体光纤模场特性理论分析 简单介绍光子晶体光纤理论研究的各种方法。详细说明了全矢量平面波法 的理论模型。利用以全矢量平面波法的理论模型为基础的b m p 软件，模拟了空 气孔排列方式、纤芯形状和空气孔占空比对模场的影响。结果发现，气孔三角 形排列适用于高功率激光器大模面积光子晶体光纤；抽取中心毛细管数目不同 导致纤芯形状不同，而纤芯形状对模场有较大影响：空气孔占空比越小，模场 面积越大，反之模场面积越小。 2 掺y b ”双包层光子晶体光纤激光器的研究 采用新型的、具有大模面积的掺y b 3 + 双包层光子晶体光纤构建了高功率输 出的光子晶体光纤激光器。当入纤功率为7 2w 时，激光器的最大输出功率为 4 3w ，斜率效率和最大咒一光转换效率分别为6 9 4 和5 9 7 ，激光波长1 0 7 0 r i m 。 高功率激光输出存在着自脉动行为。当增加谐振腔损耗时，在时域特性中表现 为随机出现巨脉冲，在光潜中发现增益谱外睦波方向出现尖峰，认为是非线性 效应。 分别在3 6 0 m m 、2 1 0 i i m a 和6 6 0 m m 三个弯曲半径，测量光纤激光器输出光 斑的模式分布。结果表明，当增益光纤的弯曲半径较大时，随着激光输出功率 的增加，激光输出模式将由单横模输出向伴有高阶横模的多模输出演化。而当 增益光纤的弯曲半径较小时，由于弯曲损耗的增大，高阶横模易于泄漏，使得 在高功率运转下，激光能始终保持单横模输出。对各弯曲半径下的激光输出光 斑进行偏振状态检测验证了此结论。 3 掺y b ”双包层光子晶体光纤超荧光光源的研究 采用大模面积的掺y b ”双包层光子晶体光纤构建了双程前向超荧= ) j 已光源。 在入射泵浦功率为4 7 6 w 时得到了最大超荧光输出1 6 4 9 w ，中心波长1 0 6 7 6 n m ， 摘要 3 d b 带宽为2 2 4 r a n ，斜率效率为5 6 7 ，此时的光一光转换效率( 超荧光输出功 率与入射泵浦光功率之l l ) y o3 4 6 。随着超荧光输出功率的增加，输出光谱的 3 d b 带宽逐渐变窄。分析认为这是由于光纤中能级展宽主要足均匀展宽造成的。 关键词：光子晶体光纤，光纤激光器，超荧光光源 i i a b s t r a c t a b s t r a c t t h ep h o t o n i cc r y s t a lf i b e r ( p c f ) a p p e a r e di nt h e1 9 9 0 s ，w h i c hg i v e san e w m e t h o dt om a k et h eh i g hp e r f o r m a n c ef i b e rd e v i c e s t h er e s e a r c ho nh i g hp o w e rf i b e r a c t i v ed e v i c eb a s e do nt h ep c fh a st a k e no nan e wr e s e a r c hu p s u r g e c o n c e n t r a t e do n t h i sr e s e a r c hu p s u r g e ，d e e pa n ds y s t e m a t i c a lr e s e a r c h e sh a v eb e e nd e v e l o p e do na l a r g e - m o d e a r e ad o u b l ec l a dy b ”一d o p e dp h o t o n i cc r y s t a lf i b e rl a s e r ( p c f i _ ) a n d s u p e r f l u o r e s c e n ts o u r c e s t h i sd i s s e r t a t i o ni n c l u d e st h ed e t a i l e dd e s c r i p t i o no nt h e f o l l o w i n gs u b j e c t s ： 1 t h e o r e t i c a la n a l y s i so fm o d ep r o p e r t i e so ft h ep c f f i r s t l y ，v a r i o u st h e o r ya n a l y s i sm e t h o d so ft h ep c fa r es i m p l yi n t r o d u c e d ，a n d t h et h e o r ym o d e lo ft h ef u l l - v e c t o rp l a n e w a v ee x p a n s i o nm e t h o di s d e t a i l e d l y e x p l a i n e d u s i n gt h eb m ps o f t w a r eb a s e do nt h ef u l l v e c t o rp l a n e w a v ee x p a n s i o n m e t h o d ，t h ee f f e c to ft h ec h a n g i n gt h ea r r a n g e m e n to fa i rh o l e s ，t h ef i g u r eo ft h ef i b e r c o r ea n df i l l i n gf r a c t i o no fa i rh o l e so nt h em o d ep r o p e r t i e si ss i m u l a t e d s i m u l a t i o n r e s u l t sr e v e a lt h a t ，t h ep c fw i t ht r i a n g l ea r r a n g e m e n to fa i rh o l e si sa p p l i c a b l et ot h e h i g hp o w e rf i b e rl a s e r ，a n dt h em e m b e ro fd r a w o u tc a p i l l a r y ，w h i c hd e c i d e st h e f i g u r eo ft h ef i b e rc o r e ，h a sm o r ee f f e c t so nt h em o d ep r o p e r t i e s t h es m a l l e rt h e f i l l i n gf r a c t i o no fa i rh o l e s ，t h eb i g g e rt h em o d ef i e l da r e a 2 e x p e r i m e n t a lr e s e a r c h e s o i l l a r g e - m o d e - a r e ad o u b l ec l a dy b + 一d o p e d p c f l e m p l o y i n g a l a r g e m o d e a r e a d o u b l e c l a d d i n gy b ”- d o p e d p c f a c l a d d i n g p u m p e dp c f li sc o n s t r u c t e d w h e nt h ei n p u tp u m pp o w e ri s 7 2w ，t h e m a x i m u mo u t p u tp o w e ro fl a s e ri s4 3wm a dt h el a s e rw a v e l e n g t hi s10 7 0 n m t h e s l o p ee f f i c i e n c ya n dt h eo p t i c a le f f i c i e n c yo ft h eo u t p u tp o w e rv e r s u si n p u tp u m p p o w e ra r cu pt o6 9 4 a n d5 97 r e s p e c t i v e l y s e l f - p u l s i n gb e h a v i o ro ft h el a s e ri s o b s e r v e d w h e nt h el o s so ft h ec a v i t yi si n c r e a s e d ，t h eg i a n tp u l s er a n d o ma p p e a r si nt h e t i m ed o m a i n ，a n dt h ep e a ka p p e a r sa tl o n g e rw a v e l e n g t ho u t s i d et h eg a i ns p e c t r u m ， w h i c hi sr e g a r d e da st h en o n l i n e a re r i e c t a b s t r a c t t h cl a s i n gi n t e n s i t yd i s t r i b u t i o no ft h ef i b e rl a s e ri se x p e r i m e n t a l l ym e a s u r e d w h i l em a c r o b e n d i n gt h ep c fa tt h r e ed i f f e r e n tr a d i i ( r ) t h er e s u l t ss h o wt h a tw h e n t h ero f t h ep c fi sl a r g e r , s i n g l et r a n s v e r s em o d eo p e r a t i o no f t h ef i b e rl a s e rb e c o m e s m u l t i - t r a n s v e r s e - m o d eo p e r a t i o na st h ei n c r e a s eo fo u t p u tp o w e r so ft h ef i b e rl a s e r w h e nt h ero ft h ep c fi ss m a l l e r , d u et ot h eb e n dl o s s e sa n dt h el e a ko ft h e h i g h e r o r d e rt r a n s v e r s em o d e ，t h es i n g l et r a n s v e r s em o d eo p e r a t i o no ft h ef i b e rl a s e r r e m a i n su n c h a n g e du pt ot h eh i g h e s to u t p u tp o w e r s t h ep o l a r i z a t i o ns t a t e so ft h e o u t p u tl a s e rb e a ma tt h r e ed i f f e r e n tr a r ea l s oi n v e s t i g a t e d 3 e x p e r i m e n t a lr e s e a r c h e so nl a r g e - m o d e a r e ad o u b l ec l a dy b 。+ - d o p e d p c f s u p e r f l u o r e s c e n ts o u r c e s t h el a r g e - m o d e a r e ad o u b l ec l a dy b ”一d o p e dp c fi su s e dt ob eg a i nm e d i at o m a k ead o u b l e p a s sf o r w a r ds u p e r n u o r e s c e n c es o u r c e s w h e nt h ep u m pp o w e ri s 4 7 6 wad o u b l e - p a s sf o r w a r ds u p e r f l u o r e s c e n c ew i t hap e a kw a v e l e n g t ha t10 6 7 6 n m ， am a x i m a lo u t p u tp o w e ro f1 6 4 9 wa n da3 d bb a n d w i d t ho f2 2 4 n mi so b m i n e d t h e s l o p ee f f i c i e n c ya n dt h eo p t i c a le f f i c i e n c yo f t h eo u t p u tp o w e rv e r s u sp u m pp o w e r a r e u pt o5 67 a n d3 4 6 ，r e s p e c t i v e l y f o l l o w i n gt h e i n c r e a s eo ft h e s u p e r f l u o r e s c e n c eo u t p u tp o w e r ，t h e 3 d b b a n d w i d t ho fs u p e r n u o r e s c e n c es p e c t r u mi sn a r r o w e dd o w n ，w h i c hi sb e c a u s et h a t t h eb r o a d e n i n go fe n e r g yl e v e l si nt h ef i b r ei sm a i n l yh o m o g e n e o u s k e yw o r d s ：p h o t o n i cc r y s t a lf i b e r , f i b e rl a s e r , s u p e r f l u o r e s c e n ts o u r c e s v 南开大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作 厅取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含 壬何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉 乏的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学 立论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名 l 纭蜘 年 月日 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：孑炎始号 年月r 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 解密时间：年月曰 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下 ：内部5 年( 最长5 年，可少于5 年) ；秘密l o 年( 最长1 0 年，可少于1 0 年) 机密2 0 年( 最氏2 0 年，可少于2 0 年) 第一章绪论 第一章绪论 光子晶体的概念最早由e ，y a b n o l o v i t c h 和s j o h n 分别提出“1 _ 。1 9 8 7 年他们在研究如何抑制自发辐射和光予的局域特性时指出，如果将不同介电常 数的介质材料组成周期结构，比如在较高折射率材料中的某些位置周期性地引 入低折射率材料，光波受到介质周期势场的影响而具有能带。这种能带结构叫 做光子能带( p h o t o n i cb a n d ) ；光子能带之间可能出现带隙，即光予带隙 ( p h o t o n i cb a n d g a p p b g ) 。可以产生光予带隙的周期性电介质则称为光子晶体 ( p h o t o n i cc r y s t a l ) ，或叫做光子带隙材料( p h o t e n i cb a n d g a pm a t e r i a l s ) 。 能量与光子带隙相同的光子被禁止在该种带隙材料中传播。光子晶体主要是在 带隙结构中引入缺陷，造成破坏周期结构的局部区域，使光子带隙形成缺陷能 级。具有一定频率( 能量) 的光才能在这个缺陷区域存在和传播。在这个区域 以外的介质中，该能量的光子足被禁止的。如果在光子晶体中引入适当缺陷， 就可以把处于带隙范围内的光局限在缺陷附近的区域，形成缺陷模式。光子晶 体概念的提出使人们像操纵电子那样操纵光予成为可能，为“频带工程”乃至 光子集成的产生提供了理论依据，具有重大的理论意义和应用前景。 1 1 光子晶体光纤简述 1 11 光子晶体光纤的概念 光子晶体光纤( p h o t o n i cc r y s t a lf i b e t ，p c f ) ，也称多孔光纤( h f ) 或 微结构光纤( m f ) ，是一种带有线缺陷的典型二维光子晶体，其包层折射率受到 波长量级的周期性调制，而纤芯由破坏了折射率周期性调制的缺陷构成。分为 两大类：( 1 ) 折射率引导型p c f ( i g p c f ) ，该类光纤的包层中含有许多沿轴向 伸展的空心管，p c f 的纤芯为( 掺杂的) 石英。光束将按照改进的全反射原理传 输。这种光纤端面如图1 1 ( a ) 所示，传输原理如图1 1 ( b ) 所示。( 2 ) 光子 带隙p c f ( p b g p c f ) ，与折射率引导型p c f 不同的是纤芯的折射率低于包层的等 效折射率，比如纤芯部分为空心管。该类光纤的传输原理是光子禁带效应 ( p h o t o n i cb a n d g a pe f f e c t ) ，也有人认为这是周期结构多重干涉的独特现象。 第一章绪沧 这种端面如图1 2 ( a ) 所示，传输原理如图1 2 ( b ) 所示。 图1l ( a ) i gp c f 的端面图图1 1 ( b ) i g p c f 的传输原理图 图1 2 ( a ) p b g p c f 的端面图图1 2 ( b ) p b g p c f 的传输原理图 1 1 2 光子晶体光纤的制造方法简介 p c f 的制造方法与传统光纤相似。首先也是先做预制棒，按照预先设计的结 构，在一定尺寸的石英套管内排入毛细管作为包层，中心用$ i 0 ：棒或抽去几根 毛细管作为纤芯。如果周期结构的单元是六角形空心管，则需先将石英管外壁 磨成六角形状、抛光后拉细，斩断后堆积成蜂窝状再最后拉丝。拉丝设备就是 拉制普通光纤的拉丝机。拉丝温度在2 0 0 0 。c 左右，对不同结构的p c f 应仔细设定 不同温度，以保证结构形状不变形“。拉制过程示意图如图1 3 n 示。 第一章绪沦 图13 光子晶体拉制过程示意图 1 2 光子晶体光纤的特性与应用 p c f 与常规光纤相比有许多“奇异”特性，有效地扩展和增加了光纤的应用 领域“。 1 2 1 极低损耗、色散和非线性 普通单模光纤的纤芯主要成分是二氧化硅，即使尽量降低杂质吸收，但本 征吸收和瑞利散射是很难避免的，因而光纤损耗总要存在：另外，虽然单模光 纤可以避免模式色散，结构色散也可以做得很低，但材料色散也是本征性的， 它的存在使光脉冲展宽，限制了传输速率；第三，当采用波分复用技术在一根 光纤中传输多个信道时，随着光功率增加，交叉相位调制和四波混频等材料的 非线性出现，虽然可以通过增加有效面积缓解非线性的影响，但过大的通光口 径又不能保汪单模运转。上述三个因素是限制常规单模光纤向更大容量发展很 难逾越的障碍。依靠光子带隙传输的p c f 可使上述三个障碍迎刃而解。这种光纤 为空心结构，纤芯可以是空气或真空，不用二氧化硅，作为材料属性的吸收、 散射、色散和非线性自然也就不存在了。这种变革的实现，将给光纤通信带来 不可估量的影响。 1 2 2 全波段单模运转 p c f 另一个突出特性是“不截止单模”( e n d l e s s l ys i n g l em o d e ) “s1 a ， 这实际上是指截止波长很短，可在近紫# b n 近红外全波段维持单模运转。这是 由于p c f 包层的特殊结构造成的。众所周知，对纤芯半径为a 的阶跃折射率光纤， 第一章绪论 其截止频率为y = ( 2 k a 五) ( n ，2 一月，2 ) “2 ，其中a 为波长，n 。和n j 分别为纤芯和包 层的折射率。当v 9 9 ，后腔反射率为2 0 ；需要指出的是，这里的高掺锗光敏p c f 与掺y b “+ p c f 的结构参数完全一样，因此焊接损耗极小，对激光的效率几乎没有影响。该模 块连入l d 泵浦源就可运转。采用这一模块，c r y s t a lf i b r e 公司实现了最火1 6 0 w 的功率输出，其斜率效率为7 9 ，中心波长为1 0 7 4 n m ，激光器单横模运转。同 时他们指出，如果采用大泵源，这一全光纤组件的激光输出仍能提高。 第一章绪论 图1 7 光子晶体光纤激光器模块示意图 图18 光子晶体光纤激光器模块器件图 1 3 5 国内的研究现状 当前国内光电领域对p c f 及其光纤激光器的研究十分重视，多个基金包括 关于p c f 制造和p c f l 研究的项目，各个科研单位开展了广泛的研究工作，取得 了相应的研究进展。 在p c f l 的研究方面，深圳大学激光重点实验室阮双深等人2 0 0 4 年1 月用 2 0 m 掺y b ”p c f 实现2 2 w 激光输出”删，同年l o 月他们采用同一光纤取得突破实 现1 5 w 激光输出“矧。而北京邮电大学、南开大学、天津大学、北京交通大学、 燕山大学等七家大学联合，申请到“9 7 3 ”计划的支持，它们结合各自优势，对 p c f 相关理论、光纤拉制及各功能器件如光栅、拉曼光纤激光器等正进行研究工 作。本实验室在国家自然基金项目的资助下，开展了掺稀土元素光纤激光器研 究工作，并取得了良好结果，本论文进行了详细论述。 第一章绪论 1 4 超荧光光纤光源的研究进展 在众多光纤传感器和光纤探测器中，一般都需要同时具有良好空间相干性 和低时间相干性的宽带光源“”1 。目前商用的宽带光源多为超发光二极管( s l d ) ， 但s l d 的寿命较短、波长稳定性差、输出功率低，并且由于空间相干性差，与 单模光纤的耦合也受到了限制“8 1 。掺稀土元素光纤技术的h 益成熟，以及泵浦 机制的快速发展，为人们提供了一种方便可靠的宽带光纤光源。与s l d 相比， 掺稀土元素光纤中的放大的自发辐射( a s e ) 具有温度稳定性强、荧光谱线宽、输 出功率高等特点，在光纤陀螺仪、某些信号处理系统、光学层析、多波长光纤 激光器的实现、医用光学等领域有广泛应用，称为超荧光光纤光源 ( s u p e r f l u o r e s c e n tf i b e rs o u r c e ) 12 。 1 4 1 单模光纤超荧光光源的研究 在超荧光光纤光源研究的初期，所采用的增益光纤为常规单模光纤。由于泵 浦光较难有效地耦合到芯径只有3 - 5 m m 的常规单模光纤纤芯中，同时，要获得 单横模超荧光，泵光也必须是单横模，而单横模的泵光的功率是较低的，所以 超荧光光源的输出功率一般都不高。1 9 8 7 年，k l i u 等人用8 1 0 h m 的染料激光 器泵浦掺n d ”单模光纤，输出功率只有i o m w “”1 ，这是关于光纤超荧光光源的第 一篇报道。1 9 8 9 年，d c h a n n a 用调谐范围在8 0 0 h m 到9 0 0 h m 之间的染料激光 器作泵浦源来泵浦掺y b ”单模光纤，泵浦波长为9 0 0 h m 时，在9 7 4 n m 处的输出功 率为i o m w ；泵浦波长为8 5 0 h m 时，在l - 0 4 9 m 处的输出功率为2 7 m w “。 142 双包层光纤超荧光光源的研究 光纤超荧光以其诸多优点而得到广泛应用。然而，如上所述，由于常规单 模光纤超荧光光源输出功率较小而限制了其应用。二十世纪八十年代包层泵浦 技术出现以后，广大科技工作者开始致力于大功率双包层光纤超荧光光源的研 究。1 9 9 0 年，i n d u l i n g 等人报导了利用掺n d “双包层光纤研制的宽带超荧光 光纤光源“1 。采用8 0 6 n m 的半导体激光器做泵浦源。当注入泵浦功率为2 6 0 r o w 时，在双程前向结构中得到的超荧光中心波长1 0 6 9 m ，谱线宽度5 n m ，最大输 出功率8 0 m w 。1 9 9 3 年，j ，d m i n e l l y 等人由于采用双程前向光纤放大器光源， 把超荧光功率提高到了3 2 0 m w “3 “。实验采用掺n 矿双包层光纤，内包层为矩形 结构。得到的超荧光中心波k1 0 5 8 9 m ，谱线半高宽4 6 n m 。1 9 9 8 年，l o o l d b e r g 第一章绪论 等人报导了基丁l 掺y b ”双包层光纤放大器的超荧光光纤光源“。实验中采用v 型槽侧面泵浦技术，使超荧光输出功率达到了4 8 5 m w 。而在9 7 c l e o 会议上， s g r a y 等人报道的基于y b ”e r ”共掺的双包层光纤超荧光光源的输出功率更是 达到了1 w “3 。可以看出，包层泵浦技术的应用大大提高了超荧光比纤光源的输 出功率。 1 4 5 国内研究状况 虽然国内对超荧光光纤光源的研究起步相剥较早，但直到最近才有了较为 广泛的研究报道。 1 9 9 6 年，王劫等人报导了对掺n d 3 + 氟化物玻璃光纤中双程前向超荧光的分析 “”1 。从实验卜探讨了超荧光的输出特性、带宽特性和超荧光激发特性等。实验 得到的超荧光输出功率为8 r o w ，线宽7 5 n m ，中心波长7 9 5 n m 。 1 9 9 8 年，钱景仁等人全部采用国产元件成功研制出掺e r “光纤超荧光光源 “删。针对自然荧光谱由于有尖峰结构造成的线宽过窄的问题，通过在原光源的 输出端如i - - 段掺e r ”光纤，利用其在1 5 3 - , m 附近的吸收峰，抑制了失峰结构， 扩展了线宽。他们还对掺e r ”光纤超荧光光源的物理过程进行了数值模拟，并给 出了双程后向超荧光光纤光源特性的理论分析”3 。结果表明，在任意反射镜参 数下，选取适当长度的掺铒光纤，该结构总能实现不依赖于泵浦功率的波长稳 定性；高稳定性的光源输出信号带宽与反射镜参数密切相关，通过优化反射镜 的参数该结构的超荧光光纤光源具有较宽的频带宽度和较高的泵浦效率，在整 体性能上明显优于其他结构的超荧光光纤光源”3 。2 0 0 1 年，他们又提出并实现 了一种新颖的前向泵浦双程双级结构的1 5 5 p r o 的超荧光光纤光源“”。通过恰 当选择两段掺铒光纤的长度和两级泵浦光功率的比值，同时实现了平均波长高 稳定性和输出大功率化及宽度特性。与此类似结构的超荧光光源在y a n gb a o 等 人的论文中也有报道“。 由于掺y b 3 + 光纤中y b 3 离子能级结构简单，不存在对泵光或信号光的激发态 吸收利浓度淬灭效应，而且其吸收谱和发射谱都较宽，因而成为继掺e r ”光纤后 的又一优秀掺杂光纤。2 0 0 1 年，卢秀权等人研究了掺y b ”光纤中放大的自发辐 射“1 ，描述了正向和反向放大的自发辐射的差异以及a s e 谱轮廓随泵浦功率、 激活光纤氏度和泵浦波长等参量的变化，这些结果对于掺y b 3 + 光纤器件如光纤激 光器、放大器、超荧光光源等光纤器件的设计有着重要的指导意义。 第一章绪论 值得一提的事，2 0 0 5 年3 月本实验室陈胜平博士等人用一个低功率l 波段 自发辐射种子源和一个高功率饵镱共掺光纤放大器，采用双程后向泵浦方式，实 现瓦量级的超荧光输出“4 “。该结果得到国际同行的高度认可，具有很高的价值。 目前，还未看到利用光子晶体光纤实现超荧光输山的报道。我们认为p c f 的优良特性，尤其有源性，有利于实现超荧光输出。因此对该领域的进行了尝 试性的实验研究工作，并取得了良好的实验结果。 1 5 论文的主要研究工作 本论文是在国家自然科学基金项目( # 6 0 3 7 7 0 1 0 ) ，“高功率包层泵浦掺y b 光子晶体光纤激光器的研究”，高等学校博士学科点专项基金( # 2 0 0 3 0 0 5 5 0 1 6 ) 和国家“9 7 3 ”计划的资助下完成的。 本文对p c f 空气孔包层结构的气孔排列方式、纤芯形状及空气孔占空比对 模场分布的影响进行了理论模拟，并对基于掺y b ”大模面积双包层p c f l 和超荧 光光纤光源进行了实验研究。主要包括以下几个方面的工作： 1 p c f 模场特性理论分析 首先简单介绍p c f 理论研究的