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近年來，光纖激光以優(yōu)良的光束質(zhì)量、緊湊的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)以及易于維護的特性成為現(xiàn)今吸引力和發(fā)展?jié)摿Φ募す饧夹g(shù)。隨著光纖激光器的不斷發(fā)展，高達(dá)萬瓦平均功率、數(shù)十吉瓦峰值功率的光纖激光逐步實現(xiàn)。進(jìn)一步提升激光輸出功率因非線性以及模式不穩(wěn)等問題變得十分困難。采用大模場面積的有源光纖降低纖芯功率密度，同時保持光纖單模傳輸仍是提高光纖激光輸出功率的策略之一。目前，空芯光子晶體光纖類型之一的空芯反諧振光纖因其超低的傳輸損耗，寬傳輸光譜范圍和高的模式純度成為光纖領(lǐng)域的一大研究熱點。

北京工業(yè)大學(xué)設(shè)計了一款用于高功率光纖激光放大的全固態(tài)反諧振光纖結(jié)構(gòu)。它利用反諧振反射原理低損耗傳輸信號光，利用諧振耦合效應(yīng)濾除纖芯中的高階模。在預(yù)制棒制作過程中，由于稀土離子摻雜濃度難以精確調(diào)控，導(dǎo)致纖芯折射率將出現(xiàn)一定程度的浮動。因此，團隊分析了纖芯增益區(qū)折射率變化對于光纖模式特性的影響。仿真結(jié)果表明全固態(tài)反諧振光纖結(jié)構(gòu)對纖芯折射率變化有著良好的包容性。

該結(jié)構(gòu)設(shè)計可實現(xiàn)纖芯從 40 - 100 μm，纖芯折射率從1.4499 - 1.45區(qū)間內(nèi)，基模損耗低于 1 dB/m，高階模損耗高于 10 dB/m，且高階模抑制比高于 20 dB 的優(yōu)良模式特性，其中當(dāng)光纖纖芯直徑為 100 μm時，光纖模場面積超過 5000 μm²。研究成果發(fā)表在 High Power Laser Science and Engineering 2021 年第 2 期。

設(shè)計的全固態(tài)反諧振光纖結(jié)構(gòu)以及折射率分布如圖 1 所示，包括摻雜稀土離子的有源纖芯、由一圈圍繞纖芯的圓環(huán)形毛細(xì)管組成的高折射率反諧振層以及除上述兩部分之外的背景石英區(qū)域。當(dāng)纖芯中的基模向包層泄漏時，如其波長滿足反諧振反射條件，則將被反諧振層反射回纖芯，實現(xiàn)低損耗導(dǎo)光。團隊通過設(shè)計有源纖芯與毛細(xì)管的大小與比例，實現(xiàn)纖芯高階模與毛細(xì)管包圍的石英部分所傳導(dǎo)的基模的相位匹配，產(chǎn)生諧振耦合效應(yīng)，從而實現(xiàn)對高階模的濾除。團隊闡明了諧振耦合效應(yīng)的工作原理與實現(xiàn)諧振耦合效應(yīng)所需纖芯與毛細(xì)管比例的推導(dǎo)公式，通過這一效應(yīng)能將設(shè)計光纖結(jié)構(gòu)的高階模抑制比提升超過 10 dB。