双包层光纤放大器增益介质的理论研究.pdf

摘要
高功率双包层光纤放大器在光纤通信 、 光纤传感和光 谱测量等领域有广泛的
应用, 是光纤放大器发展的主要方向 。目前以双包层掺杂光 纤为增益介质的放大
器, 由于纤芯比较小, 当放大器处于高功率运转时, 纤芯内 功率密度过高, 导致
许多非线性效应的产生, 严重影响输出特性, 阻碍了功率的 进一步提高 。大芯径
的多模光纤被认为是解决这个问题的有效途径。
通过总结光纤放大器和双包层光纤的发展及应用, 得出 增益介质光纤发展的
三个主要趋势: 高吸收效率; 低损耗; 高非线性阈值。为进一步提高双包层
光纤的吸收效率和光纤放大器的增益, 文中提出了一种具有 形内包层、大芯径
螺旋状纤芯的双包层光纤结构 。用光学几何法和光纤单位 长度吸收效率对具有螺
旋状纤芯内包层的吸收效率进行分析, 得出螺旋状纤芯不会使 形内包层的吸收
效率降低, 反而因其具有较大的纤芯半径和对内包层折射率 的扰动, 提高了吸收
效率。通过对模式增益系数的仿真和分析, 得到了相对掺杂半径在 ～ 范围
内时, 有利于基模的选取。 利用螺旋状光纤的损耗公式, 对 纤芯的各种参数进行
了分析和讨论, 最后给出了一组合适的螺纹状纤芯参数。
关键字 :光纤放大器 大芯径 吸收效率 掺杂分布 螺旋状纤芯
Abstract
High power double-clad fiber amplifiers have been widely used in various fields
such as optical fiber communication, fiber sensors, optical spectral measurements, thus
they are considered to be a main direction of fiber am plifier developm ent. The
double-clad fiber with small core area is used as governing gain medium so far. W hen
amplifier operated at high power, small area means high power density which may
cause m any nonlinear effects. And nonlinear effects will have seriously influence on
output characteristic that make im provement the output of the fiber amplifier m uch
harder. M ultimode fiber with large core diam eter is considered the effective ways to
solve this problem .
In this paper, we summarize three main requirements of double-clad fiber as gain
medium by studying the development and application of fiber amplifier and double-clad
fiber. They are high absorption efficiency, low loss and high nonlinear threshold. In
order to further improve the double-clad fiber absorption effi