在這里，我們將展示了如何利用 RP Fiber Power 來分析和
優(yōu)化雙包層
光纖設(shè)計(jì)。由于這涉及到一些復(fù)雜的細(xì)節(jié)，因此 RP Fiber Power 的高度靈活性對于完成這項(xiàng)任務(wù)至關(guān)重要。
ImnN&[Cu 模型的描述:
'tR aF 我們考慮將雙包層光纖用于大功率光纖
激光器和放大器。眾所周知，注入到泵浦包層中的泵浦光的吸收率會因?yàn)楸闷职鼘拥哪承┠Ｊ脚c摻雜光纖纖芯有微弱重疊而降低。我們對此進(jìn)行了更深入的調(diào)查。
LEJ8 .z6$ 注意，基于模式的方法不太適合這種分析。一個原因是泵浦包層可以有非常多的模式。另一個原因是為了改善泵浦吸收，通常會使用一些減弱共模的方法。在這種情況下，運(yùn)行良好的模式解算器將很難開發(fā)，并且需要大量的計(jì)算時間。
F9Y/Z5 Ea 因此，在這種情況下，數(shù)值
光束傳播是一種更實(shí)用的方法。然而，這也并非易事：
nm3 /-Q}, 為了切合實(shí)際，我們需要構(gòu)建一種輸入泵浦波，這種泵浦波相當(dāng)不連貫，但仍具有足夠的空間相干性，以便高效發(fā)射，在本示例中，我們的構(gòu)造如下：
`EjPy>kM ● 我們從一個具有真實(shí)強(qiáng)度分布(僅限于泵浦包層)但具有隨機(jī)
光學(xué)相位的場開始。這將導(dǎo)致巨大的光束發(fā)散，從而只有較小部分功率可以發(fā)射到泵浦包層中。
q)Uh_l.Cj ● 然后，我們對該場進(jìn)行傅里葉變換，濾除高頻成分(對應(yīng)于較大的傳播角)，并將其轉(zhuǎn)換回來。
]EhU8bZ ● 我們在空間域中再次對此進(jìn)行過濾。
c/ bI t 這些操作需要一些腳本代碼:
K@DK4{ - defarray A0%[0, (N - 1) * dr, dr; 0, (N - 1) * dr, dr] (periodic)
- defarray A0_f%[0, (N - 1) * dr, dr; 0, (N - 1) * dr, dr] (periodic)
- w0 := 15 um { beam size parameter }
- sg(x2) := exp(-x2^4) { normalized super-Gaussian function }
- calc
- begin
- { Calculate the initial beam profile: low spatial coherence,
- but high enough for efficient launching}
- var f_max, f_m;
- { First step: totally random amplitudes within the cladding }
- for x := -r_max to +r_max step dr do
- for y := -r_max to +r_max step dr do
- A0%[x, y] := if x^2 + y^2 < r_cl^2 and y < y_cut then
- rnd(-1) + i * rnd(-1);
- { Filter out higher spatial frequency components }
- FFT_n(A0%[], A0_f%[], +1);
- df := 1 / (2 * r_max);
- f_max := 0.5 * N * df;
- f_m := NA_cl / lambda; { maximum allowed spatial frequency }
- for fx := -f_max to +f_max step df do
- for fy := -f_max to +f_max step df do
- A0_f%[fx, fy] := sg((fx^2 + fy^2) / f_m^2) * A0_f%[fx, fy];
- FFT_n(A0_f%[], A0%[], -1);
- for x := -r_max to +r_max step dr do
- for y := -r_max to +r_max step dr do
- A0%[x, y] := sg((x^2 + y^2) / r_cl^2) * (y < y_cut) * A0%[x, y];
- end
- A0%(x, y) := A0%[x, y]
數(shù)值網(wǎng)格比泵浦包層稍大。我們在外包層中引入人工吸附，
模擬外包層的損耗，這種損耗通常會發(fā)生在外邊界。
bF#1'W& 由于泵浦包層的高數(shù)值孔徑(0.4)，因此數(shù)值分辨率需要相對較高。我們使用0.47um 的橫向分辨率和3.3 um 的縱向分辨率。
dDe ImSeV 結(jié)果:
WOg PhJ 最初，我們假設(shè)泵浦包層為圓形，摻雜核心為居中。對于纖芯吸收，我們假設(shè)為100 dB/m，這比有點(diǎn)超出實(shí)際情況，但這樣我們就可以使用更短的光纖長度(500 mm)，從而節(jié)省計(jì)算時間。
1`;,_>8 圖1顯示了幅度分布在光纖中的演變過程。我們可以看到，強(qiáng)度分布在纖芯區(qū)域形成了一個“洞”。這是眾所周知的效應(yīng)，即在一定長度的光纖中，功率主要集中在泵浦吸收很弱的模式中。因此使用更長的光纖沒有多大幫助。
圖1: 圓形泵浦包層沿光纖的振幅分布。
vxmz3ht,Q 圖1中的紅色實(shí)心
曲線顯示了泵浦功率的衰減情況。這可以與“原始”分析預(yù)計(jì)的結(jié)果(虛線)相比較，其中假設(shè)根據(jù)纖芯和包層面積之比的恒定吸收系數(shù)。傳播一段時間后，由于上述影響，兩條曲線明顯不同。
w)u6J , 圖2顯示了光纖末端的強(qiáng)度分布。纖芯和包層邊界用灰色圓圈表示。
圖2:光纖末端的強(qiáng)度分布。
DQ a0S7I 可以通過使用 D 形泵浦包層來提高泵浦的吸收率：本質(zhì)上，我們在泵浦包層的頂部切掉一部分。這就降低了光纖的對稱性，從而避免了低纖芯重疊的螺旋模式。圖3和圖4顯示了結(jié)果。泵浦強(qiáng)度在橫向上的分布更加均勻，而泵浦吸收率現(xiàn)在甚至比根據(jù)“原始”的估計(jì)值稍好。
圖3:D 形泵浦包層沿光纖的振幅分布。
圖4:光纖末端的強(qiáng)度分布。
Z\@m_ /g 當(dāng)然，我們現(xiàn)在還可以研究一些改進(jìn)的情況，例如使用八邊形泵浦包層、偏心纖芯、彎曲光纖等。這樣就可以優(yōu)化不同設(shè)計(jì)的雙包層光纖。
