【技術實現步驟摘要】
本專利技術主要涉及到光纖激光，尤其是一種大模場增益光纖模場參數獲取及模式不穩定抑制能力評價方法。
技術介紹
1、高功率光纖激光以其突出優勢在工業加工、地球科學和軍事國防等領域得到了廣泛的應用。多種非線性效應，如受激拉曼散射效應和受激布里淵散射效應等，是制約光纖激光功率提升的關鍵因素。大模場光纖的應用，有效增大了光纖中的基模模場面積，進而有效提高了高功率光纖激光非線性效應閾值功率。然而，大模場光纖中支持高階模式傳輸，這會引入一種嚴重的光束質量退化現象——模式不穩定。模式不穩定的特征是在熱效應或非線性效應的作用下，基模與高階模之間發生靜態或動態的能量轉換，這種效應已成為限制光纖激光亮度提升的主要因素。
2、為了抑制模式不穩定，進而提升高功率光纖激光性能，需要盡可能采用模式不穩定抑制能力強的大模場增益光纖，其核心在于如何評價大模場增益光纖模式不穩定抑制能力。目前，對大模場增益光纖模式不穩定抑制能力的評價方法主要有間接和直接方法兩種。間接評價方法主要是通過大模場增益光纖的數值孔徑、纖芯尺寸等基礎參數，然而其無法區分數值孔徑、纖芯尺寸等基礎參數相近的大模場增益光纖，難以實現大模場增益光纖模式不穩定抑制能力的精細評價。直接評價主要是通過在高功率光纖激光系統直接測量大模場增益光纖的模式不穩定閾值，這種方法能夠實現對大模場增益光纖模式不穩定抑制能力的準確評價，然而其成本高并且會影響到大模場增益光纖的后續使用，難以實現對大模場增益光纖模式不穩定抑制能力的高效評價。
3、因此，目前亟需一種能夠實現對大模場增益光纖模式不穩定效
技術實現思路
1、針對現有技術存在的技術問題，本專利技術提出一種模場增益光纖模場參數獲取及模式不穩定抑制能力評價方法。
2、為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案如下：
3、一方面，本專利技術提供一種大模場增益光纖模場參數獲取方法，包括：
4、輸入常溫條件下大模場增益光纖的基礎折射率分布；
5、基于常溫條件下大模場增益光纖的基礎折射率分布，確定不同熱負載下大模場增益光纖的修正折射率分布；
6、基于不同熱負載下大模場增益光纖的修正折射率分布，獲得不同熱負載下大模場增益光纖的模場參數。
7、進一步地，所述大模場增益光纖的折射率分布形態不限，可以為具有任意折射率分布形態的大模場增益光纖。如所述大模場增益光纖為具有階躍折射率分布或漸變折射率分布的大模場增益光纖。
8、進一步地，所述大模場增益光纖包括摻雜纖芯，摻雜纖芯的摻雜分布情況不限，如可以為均勻摻雜或部分均勻摻雜或非均勻摻雜。
9、進一步地，所述大模場增益光纖的摻雜纖芯的增益摻雜劑類型不限，可以為各種或多種稀土離子，如增益摻雜劑是yb3+、er3+、nd3+、ho3+和tm3+中的任意一種或多種。
10、進一步地，確定不同熱負載下大模場增益光纖的修正折射率分布nm(r)，方法包括：
11、利用熱傳導方程計算得到不同熱負載下大模場增益光纖的溫度分布t(r)；
12、不同熱負載下大模場增益光纖的修正折射率分布nm(r)滿足：
13、nm(r)＝n0(r)+ktt(r)
14、其中，r表示大模場增益光纖中的徑向位置，n0(r)表示常溫條件下大模場增益光纖的基礎折射率分布，kt表示大模場增益光纖的熱光系數。
15、進一步地，利用亥姆霍茲方程基于不同熱負載下大模場增益光纖的修正折射率分布nm(r)，獲得不同熱負載下大模場增益光纖的模場參數e：
16、
17、k(r)＝k0nm(r)
18、其中，坐標(x,y,z)代表大模場增益光纖中的不同位置的x軸、y軸、z軸的坐標值，k0＝2π/λ表示激光的波數，λ為激光的波長。
19、進一步地，將不同熱負載下大模場增益光纖的模場參數e表征為不同模式的疊加：
20、
21、其中，模場參數e包括不同模式的模場分布、傳播常數和損耗系數，ai(x,y)、βi、αi分別是大模場增益光纖中第i個模式的模場分布、傳播常數和損耗系數。
22、另一方面，本專利技術提供一種大模場增益光纖模式不穩定抑制能力評價方法，包括：
23、采用前述任一種不同熱負載下大模場增益光纖的模場參數獲取方法獲得不同熱負載下大模場增益光纖的模場參數，所述模場參數包括不同模式的模場分布、傳播常數和損耗系數；
24、大模場增益光纖的模場參數中除高階模式損耗系數外的其它模場參數相同時，大模場增益光纖模式不穩定抑制能力由不同熱負載下大模場增益光纖的高階模式損耗系數決定，高階模式損耗系數越大對應的大模場增益光纖模式不穩定抑制能力越強。
25、本專利技術提供的大模場增益光纖模式不穩定抑制能力評價方法，可以應用于不同類型高功率光纖激光系統中大模場增益光纖模式不穩定抑制能力的評價。
26、具體地，本專利技術提供一種大模場增益光纖應用于光纖激光放大器時的模式不穩定抑制能力評價方法，包括：
27、采用前述任一種不同熱負載下大模場增益光纖的模場參數獲取方法獲得不同熱負載下大模場增益光纖的模場參數，所述模場參數包括不同模式的模場分布、傳播常數和損耗系數；
28、光纖激光放大器中的增益光纖采用大模場增益光纖，基于不同熱負載下大模場增益光纖的模場參數和光纖激光放大器結構及結構參數，預測光纖激光放大器模式不穩定閾值；
29、基于光纖激光放大器的模式不穩定閾值評價不同大模場增益光纖的模式不穩定抑制能力。
30、本專利技術的有益效果在于：
31、1、與現有的基于光纖數值孔徑、纖芯尺寸等的大模場增益光纖模式不穩定抑制能力的間接評價方法相比，本專利技術所提出的評價方法，利用不同熱負載下的模場參數評價大模場增益光纖模式不穩定抑制能力，所提出的方法通過折射率分布測量充分考慮了光纖拉制過程中數值孔徑、纖芯尺寸等基礎參數微小擾動對大模場增益光纖性能的影響，解決了傳統間接評價方法難以比較特征參數相近的大模場增益光纖模式不穩定抑制能力的缺陷；
32、2、與現有的基于高功率光纖激光系統實驗測量的大模場增益光纖模式不穩定抑制能力的直接評價方法相比，本專利技術所提出的評價方法，利用不同熱負載下的模場參數評價大模場增益光纖模式不穩定抑制能力，所提出的方法通過對熱負載的分析兼顧了實際高功率光纖激光系統中大模場增益光纖性能的變化，解決了傳統直接評價方法效率低下的缺陷，實現了對大模場增益光纖模式不穩定抑制能力的高效評價；
33、3、本專利技術具有通用性，可以廣泛應用于各種類型高功率光纖激光系統中大模場增益光纖模式不穩定抑制能力的評價。
34、綜上，本專利技術在強激光領域，特別是用于高功率光纖激光系統的大模場增益光纖篩選評本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.大模場增益光纖模場參數獲取方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的大模場增益光纖模場參數獲取方法，其特征在于，所述大模場增益光纖為具有任意折射率分布形態的大模場增益光纖。
3.根據權利要求1所述的大模場增益光纖模場參數獲取方法，其特征在于，所述大模場增益光纖為具有階躍折射率分布或漸變折射率分布的大模場增益光纖。
4.根據權利要求1所述的大模場增益光纖模場參數獲取方法，其特征在于，所述大模場增益光纖包括摻雜纖芯，摻雜纖芯的摻雜分布情況為均勻摻雜或部分均勻摻雜或非均勻摻雜。
5.根據權利要求4所述的大模場增益光纖模場參數獲取方法，其特征在于，摻雜纖芯的增益摻雜劑是Yb3+、Er3+、Nd3+、Ho3+和Tm3+中的任意一種或多種。
6.根據權利要求1至權利要求5中任意一項所述的大模場增益光纖模場參數獲取方法，其特征在于，確定不同熱負載下大模場增益光纖的修正折射率分布nm(r)，方法包括：
7.根據權利要求6所述的大模場增益光纖模場參數獲取方法，其特征在于，利用亥姆霍茲方程基于不同熱負載下大模場增益光
8.根據權利要求1或權利要求2或權利要求3或權利要求4或權利要求5或權利要求7所述的大模場增益光纖模場參數獲取方法，其特征在于，將不同熱負載下大模場增益光纖的模場參數E表征為不同模式的疊加：
9.大模場增益光纖模式不穩定抑制能力評價方法，其特征在于，包括：
10.大模場增益光纖應用于光纖激光放大器時的模式不穩定抑制能力評價方法，其特征在于，包括：
...【技術特征摘要】
1.大模場增益光纖模場參數獲取方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的大模場增益光纖模場參數獲取方法，其特征在于，所述大模場增益光纖為具有任意折射率分布形態的大模場增益光纖。
3.根據權利要求1所述的大模場增益光纖模場參數獲取方法，其特征在于，所述大模場增益光纖為具有階躍折射率分布或漸變折射率分布的大模場增益光纖。
4.根據權利要求1所述的大模場增益光纖模場參數獲取方法，其特征在于，所述大模場增益光纖包括摻雜纖芯，摻雜纖芯的摻雜分布情況為均勻摻雜或部分均勻摻雜或非均勻摻雜。
5.根據權利要求4所述的大模場增益光纖模場參數獲取方法，其特征在于，摻雜纖芯的增益摻雜劑是yb3+、er3+、nd3+、ho3+和tm3+中的任意一種或多種。
6.根據權利要求1...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉偉，馬鵬飛，陳金寶，王澤鋒，潘志勇，肖虎，陳子倫，王蒙，楊保來，楊歡，陳益沙，
申請(專利權)人：中國人民解放軍國防科技大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。