【《LP模式可选择的弱耦合少模光纤激光器结构概述》1700字】

LP模式可选择的弱耦合少模光纤激光器结构概述要实现支持高阶LP模式激光输出的光纤激光器，总体的激光腔设计思路是采用单模/少模光纤混合环形谐振腔结构，激光器中传输的光功率在谐振腔的不同位置由不同的传输模式承载：在单模掺铒光纤放大部分，光功率以基模的形式传输，经过波分复用器与基模泵浦光耦合，并在单模掺铒光纤中被放大；在激光器输出部分，光功率以高阶模式的形式在少模光纤中传输，经由少模功分器输出部分光功率，其余光功率以高阶模式的形式反馈回谐振腔。而在单模与少模部分交界处，需要高效率的模式转换模块实现光功率在两种传输形式之间的转换：衔接单模到少模光纤的转换模块负责将单模转换得到需要的高阶模式，衔接少模到单模光纤的转换模块负责将高阶模式转换回基模再进行下一轮放大。这种以单模掺铒光纤为增益介质，结合模式转换机制实现的激光腔结构相比于全少模光纤激光腔结构而言，消除了放大模块对模式的敏感性，并且降低了实现成本。根据以上分析，结合全光纤熔融模式选择耦合器结构，提出了LP模式可选择的弱耦合少模光纤激光器结构，能够支持五个LP模式的单一和任意组合的激光输出，激光器结构如图2.3所示。实验结构主要包含：一个980nm的激光二极管作为泵浦源，通过980nm光隔离器连接到波分复用器的泵浦光输入端口；一个980/1550nm的单模波分复用器作为泵浦光和信号光的耦合器；一段5m长的单模掺铒光纤作为增益介质，对基模光信号进行受激辐射光放大；两个1×5的单模光耦合器结合一个1×5的光开关进行模式复用器输入端口的选择，从而实现模式切换；一对由级联的MSC组成的，能高效复用/解复用5个LP模式的模式复用器/解复用器；一个工作在1550nm的单模光隔离器来保证激光在环形腔内的正向传输；一个80:20的少模功分器，其中20%端口作为激光器的输出，80%端口连接到用于模式解复用器的输入端口进行信号循环。在环形谐振腔内，只有基模沿着EDF提供有源增益的单模光纤传播，模式复用器辅助特定的高阶模式有效激发进少模光纤。少模光纤中传输的激光信号的20%通过少模功分器输出，另外80%输入模式解复用器，模式解复用器将高阶模式转换回基模，然后通过光耦合器合并到单模光纤中进行下一圈的循环。图2.3基于MSC的LP模式可选择的弱耦合少模光纤激光器表2.1激光器实验装置中各器件的损耗器件损耗980nm光隔离器0.92dB1550nm光隔离器0.34dB980/1550nm波分复用器1550nm1.06dB980nm1.23dB模式复用器LP01模0.61dBLP11模2.48dBLP21模4.43dBLP02模4.84dBLP31模7.01dB模式解复用器LP01模0.76dBLP11模2.61dBLP21模4.25dBLP02模4.42dBLP31模7.21dB实验中所使用的少模光纤为低模式串扰环形六模光纤[38]，包层直径125μm，纤芯直径16.5μm，包层纤芯间相对折射率差为0.748%。模式复用器/解复用器由单模光纤和环形六模光纤熔融拉锥而成，支持5个LP模式的复用/解复用。实验中所用的各个器件的损耗如表2.1所示，由模式复用器/解复用的测量损耗可知，越高阶模式的复用/解复用过程，引入的损耗越大。实验所用的80:20少模功分器的实际分光比对于LP01模而言是77.5%:17.9%，对于LP11模而言是75.1%:14.7%，对于LP21模而言是71.2%:8.2%，对于LP02模而言是70.4%:9.1%，对于LP31模而言是69.9%:8.1%。实际上，对于模式选择耦合器而言，光纤尺寸或周围环境的任何改变，都会使各个模式的有效折射率nefff发生变化，从而引入非零的相位失配，这会限制耦合到高阶模式的输入功率，甚至会引起模式串扰。所以在模式选择耦合器的制造过程中，由于光纤折射率分布不均匀、纤芯包层边界粗糙、外界不均匀挤压等各种因素的干扰，会不可避免地引入模式串扰。图2.4测量模式串扰的背对背装置表2.2背对背装置的输出功率（dBm）LP01输出LP11输出LP21输出LP02输出LP31输出LP01注入-1.37-24.51-34.70-32.77-36.54LP11注入-23.67-5.09-31.19-19.70-33.71LP21注入-34.86-24.39-8.68-23.58-31.29LP02注入-32.72-20.49-30.90-9.26-35.34LP31注入-36.65-36.46-30.85-33.03-14.22通过背对背装置，即将模式复用器的输出端口直接连接到模式解复用器的输入端口，分析LP01模、LP11模、LP21模、LP02模、LP31模之间的模式串扰，连接方式如图2.4所示。当0dBm的输入功率注入到模式复用器的输入端口时,测量模式解复用器每个输出端口的光功率,结果如表2.2所示。由实验测量数据可以看出，只往模式复用器的某一个输