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双包层光纤(DCF:DoubleCladdingFiber)激光器采用包层泵浦方式,有效解决了常规单模光纤激光器中,大功率泵浦光无法耦合进单模掺杂纤芯的问题,成为现在光纤领域研究的一个热点,其中分析不同内包层结构对泵浦光吸收效率的影响是这一研究的重点及难点之一。
文章首先运用射线理论分析阶跃折射率分布DCF对泵浦光功率的吸收情况。分析圆形内包层、纤芯为对称和偏心两种情况,以及非圆形内包层情况下,DCF的吸收效率与内包层半径、掺杂纤芯半径及其在内包层所处位置的关系。
基于波动理论的分析方法,结合模式的焦散面概念,文章推导了阶跃折射率DCF的泵浦光吸收效率公式,其结果与射线法的结果基本一致,但是更为精确。在此基础上,文章运用WKBJ(Wenzel-Kramero-Brillouin-Jeffreys)分析法,分析渐变型内包层折射率DCF的吸收效率,其结论对实际工程中光纤激光器吸收效率的计算具有参考作用。
由于以上分析方法在分析弯曲结构DCF的吸收效率时存在局限性,文章根据耦合模理论,结合弯曲光纤的等效折射率关系,提出一种新的计算弯曲结构DCF吸收效率的方法。这种方法将弯曲结构DCF的内包层作为多模光纤(MMF:Multi-ModeFiber)的纤芯,其传导模分为能够直接被纤芯吸收和不能直接被纤芯吸收两类。不能直接被纤芯吸收的模式通过耦合作用转换为能够被纤芯直接吸收的模式,通过计算某段长度内这种转换功率与能够被纤芯直接吸收的模式功率的总和,乘以掺杂纤芯的吸收系数,就得到这段长度内能被纤芯有效吸收的泵浦光功率,再用该有效吸收功率比上泵浦光的总功率就得到DCF的吸收效率。文章用这种新的方法,通过计算实例分析弯曲半径对弯曲结构DCF的吸收效率的影响。并用该方法分析非圆形内包层弯曲结构的复合结构DCF的吸收效率随光纤长度变化的关系。通过计算实例分析不同弯曲半径、缺陷形状、缺陷面积比例对DCF吸收效率的影响。