基于本征模叠加相关滤光原理的光纤激光模式分解技术

发布时间：2024-01-31 04:00

　　随着光纤技术的发展,光纤的传输功率显著提升,高功率的光纤系统在军事、通信、制造等领域广泛应用。不过传输能量过高会引发光纤内的非线性效应,通常选择增大纤芯直径降低能量密度,但是会增加导波模式数量;除此之外,光束在多模光纤中传输时,多个导波模式之间有模式竞争、模式耦合;激光器的泵浦源、谐振腔使用寿命减少,及配套电路器件老化等问题,均会使出射光束的光束质量下降,进而对光学系统的性能造成影响。光束质量因子M²和其他评价光束质量的参数,仅能选择性地反映激光束的传输情况或者聚焦程度,无法分析光束的模式特性。所以本文采取模式分解技术研究光纤激光的模式特性。论文首先分析光纤内的本征模式特性及光束衍射传输的基本原理,在此基础上,公式推导验证基于相关滤波原理的模式分解技术的理论正确性。在仿真实现模式分解过程中,结合双步ABCD算法,可调节远场频谱面的抽样单元尺寸,提高光斑分辨率。采用液晶位相调制器作为相关滤波器,对光纤出射光束进行位相调制,使光纤内传输的本征模式在空间上相互分离;提出远场光强数据处理算法,将CCD的探测光强导入计算机中,结合算法操作后获得光强分布,依据该光强数据可计算...

【文章页数】：139 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 相关领域的国内外研究现状
        1.2.1 激光光束质量评价
        1.2.2 激光模式分解技术
        1.2.3 相关滤波器的发展
    1.3 论文结构安排
第二章 光纤内激光模式分析
    2.1 光纤内模式分析
        2.1.1 无源光纤内模式分析
        2.1.2 有源光纤内模式分析
    2.2 光束衍射传输
        2.2.1 衍射传输理论
        2.2.2 柯林斯公式
    2.3 像面抽样单元尺寸可变算法
        2.3.1 两步菲涅耳传输
        2.3.2 双步ABCD算法
    2.4 本章小结
第三章 基于相关滤波器的模式分解
    3.1 基于相关滤波原理的模式分解技术
    3.2 相关滤波器的实现方法
        3.2.1 计算机全息片
        3.2.2 液晶空间光调制器
    3.3 误差分析及优化
        3.3.1 离焦因素
        3.3.2 焦移因素
        3.3.3 焦移误差优化
    3.4 本章小结
第四章 模式分解的仿真分析
    4.1 模式分解仿真结果
    4.2 离焦仿真分析
        4.2.1 数值积分
        4.2.2 基于双步ABCD算法
    4.3 焦移仿真分析
        4.3.1 LP模焦移误差
        4.3.2 HG模焦移误差
    4.4 计算机全息图编码及波前重现
        4.4.1 李威汉编码
        4.4.2 罗曼III型编码
    4.5 液晶位相调制器的仿真分析
        4.5.1 相息图及波前重现
        4.5.2 远场光强数据处理
    4.6 本章小结
第五章 模式分解实验研究
    5.1 实验关键器件介绍
        5.1.1 激光器和光纤性能参数
        5.1.2 液晶位相调制器
        5.1.3 CCD相机的性能参数
    5.2 搭建实验
        5.2.1 少模光纤光场
        5.2.2 模式分解光场
        5.2.3 空间载频分量实验分析
        5.2.4 离焦实验分析
    5.3 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 论文工作总结
    6.2 研究展望
参考文献
致谢
作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果



本文编号：3890928