大功率单频多芯光纤放大器中抑制受激布里渊散射的分析.pdf

第57卷第8期2008年8月 物 理 学 报 1000．3290，2008157(08)／5035．10ACTAPHYSICASINICA ⑥2008 Chin．Plays．Soe． 大功率单频多芯光纤放大器中抑制 受激布里渊散射的分析* 王春灿’张帆童治-7提纲简水生 (北京交通大学光波技术研究所，全光网络与现代通信网教育部霞点实验室，北京100044) (2007年IO月27日收到；2008年2月19日收到修改稿) 针对多芯光纤完善了描述抽运光、信号光和Stokes信号的速率方程组．考虑了温差对受激布里渊散射的影响， 利用有限元法求解温度分布方程组，分析了前向和后向抽运方式、对流系数、Stokes初始功率、光纤掺杂粒子密度和 光纤长度对受激布里渊散射增益的影响．研究表明：后向抽运方式在抑制受激布里渊散射方面具有明显优势；减小 对流系数有助于抑制受激布里渊散射；提高光纤掺杂密度能够加强抑制受激布里渊散射，同时也有助于提高光纤 放大器的斜率效率．比较了在相同最佳光纤长度条件下，单芯和19芯光纤放大器的最高工作温度和受激布里渊散 射增益．在受激布里渊散射增益小于阈值的前提下，19芯光纤放大器比单芯光纤放大器具有较低的最高工作温度， 为进一步提升输出功率提供了更大空间． 关键词：光纤放大器，受激布里渊散射，大功率，有限元法 PACC：4281W，4265C W． 放大器在波长为1060nm时输出功率达到了264 1．引 言 受激布里渊散射被抑制的主要原因是抽运光被掺杂 粒子吸收后，在光纤纵向产生足够大的温差从而降 大功率单频光纤激光源不同于传统的光纤激光 低了受激布里渊散射增益，温差越大越有利于提高 Hz数量 器，因为其谱线线宽较窄(一般在103一106 受激布里渊散射阈值功率b1．但是，需要注意的是较 级)，并且输出光束质量接近衍射极限，所以在相干 大的温差会带来热效应问题，导致光束质量的恶化， 光束合束领域有着重要的地位…．另外，单频激光源 甚至对光纤造成损伤怕’71．因此，若进一步提高单频 还广泛应用于波长转换和高精度的干涉测量(如引 光纤放大器的输出功率不能只依靠增大光纤纵向温 力波探测)．受激布里渊散射增益带宽一般为107差，还可以通过增大光纤纤芯面积来加强抑制受激 Hz，远远大于单频光纤激光源频谱线宽，纤芯中较 布里渊散射．目前，用于大功率YDF激光器的双包 高的光功率密度和较长的相互作用长度等因素也预 层光纤纤芯直径一般为2卜30弘m，数值孔径为 示光纤可能不宜用作大功率单频激光源的增益介 0．05珈．06．如果进一步增加纤芯直径，为了保证光 质，主要原因是以上诸多因素会降低受激布里渊散 纤少模或单模工作状态就必须降低纤芯数值孔径， 射阈值，导致信号光的能量向反向Stokes信号转移，而如此低的数值孔径会增大光纤对弯曲的敏感程 同时反向Stokes信号会对器件造成一定损坏比1，度，导致较大的弯曲损耗增加了光纤放大器的设计 从而限制了单频激光源输出功率的提升．最近关于 难度． 单频大功率掺镱光纤(YDF)激光放大器的实验研究 近几年，对多芯光纤的研究逐渐受到了关 已经表明，受激布里渊散射不会成为限制大功率单 注¨叫引．多芯光纤的优势在于通过增加内包层中的 频激光输出功率的因素．文献[3]中的抽运光功率为 纤芯数量就可以增大有效面积，从而提高了诸如受 175 w，输出