大模场光纤激光的模间干涉特性研究

The nonlinear effects, optical damage restrict the power expansion of the fiber lasers, the large-mode-area (LMA) fiber is considered as an effective way to breakthrough these restrictions. However, in the process of the transmission and amplification of the LMA fiber laser system, the intermodal interference has an impact on the near field and the temporal, spectral characteristics of the phase modulation pulse. In the project, we focus on the intermodal interference in the LMA fiber laser system, analysis the physical mechanism and the influencing factors, and explore the imaging law of self-imaging induced by intermodal interference in the active fiber. The main contents are listed as follows: i) Study the characteristics of intermodal interference in the LMA fiber laser with different parameters. ii) Study the corresponding relationship between the near field distribution and the temporal-special distribution of the output phase modulation pulse in the broadband LMA fiber laser. Meanwhile, we will study the temporal-special distribution characteristics of the output broadband pulses when the pulses are transmit in the free space. iii) Study the characteristics of transverse mode competition with considering the interaction of amplitudes in the LMA fiber laser. We also discuss the characteristics of self-imaging in the active fiber. The project is beneficial to the design of the LMA fiber laser with high power, high beam quality and high signal noise rate pulse. Meanwhile, it provides guidance for the construction of the fiber amplification network in the future.

大模场光纤是解决光纤激光器功率提升面临的非线性效应、光学损伤等限制的一种有效途径，但其模间干涉效应会影响大模场光纤激光传输和放大过程中的相位调制脉冲的近场分布及时谱特性。本项目将致力于研究大模场光纤激光系统中的模间干涉效应，分析其内在的物理机制及影响因素，并探索有源光纤内的模间干涉导致的自成像现象的成像规律。主要研究内容：第一、研究不同参数的大模场光纤激光中模间干涉效应的特性。第二、研究宽带大模场光纤激光输出的近场空间分布及与其输出的相位调制脉冲的时空分布的对应关系。研究大模场光纤激光输出的相位调制脉冲在自由空间中传输时的近场分布与时空分布特性。第三、研究振幅相互作用的横向模式竞争特性及增益光纤内自成像特性研究。本项目为实现高功率、高光束质量、保真脉冲输出的大模场光纤激光系统提供设计基础，同时也对未来的光纤放大网络的建设有重要的指导意义。

大模场光纤是解决光纤激光器功率提升面临的非线性效应、光学损伤等限制的一种有效途径。但其模间干涉效应会影响大模场光纤激光传输和放大过程中的相位调制脉冲的近场分布及时谱特性。本项目是系统研究大模场光纤激光系统中的模间干涉效应特性，并研究其对大模场光纤激光输出的近场分布及相位调制脉冲的分布特性的影响。主要研究内容主要有3个方面，第一、研究不同参数的大模场光纤激光中模间干涉效应的特性。第二、研究宽带大模场光纤激光输出的近场空间分布及与其输出的相位调制脉冲的分布的对应关系。进而研究大模场光纤激光输出的相位调制脉冲在自由空间中传输时的时空分布特性。第三、研究振幅相互作用的横向模式竞争特性及增益光纤内自成像特性研究。.第一、我们理论上论证了模间干涉效应对小宽带相位调制脉冲时谱特性的影响，我们通过横向模式的空间分布，建立了多个模式干涉的强度分布以及多个模式干涉后的光谱透过率函数的表达式，该光谱透过率函数导致光纤激光输出端面的相位调制脉冲具有时空分布特性，并在实验上对其理论结果进行了验证，理论与实验结果符合较好。研究了偏振模干涉对相位调制脉冲调制幅度的影响关系，进行了理论分析和实验验证。.第二、我们根据推算出的光纤光束质量因子计算了不同模式输出光纤后的模间干涉效应对相位调制脉冲的幅度影响，并进行了实验对比，发现在输出较短距离内没有显著变化。研究了基于光纤传输的频标传递技术，加载反馈控制器可以提高光电转换频标传递系统输出的功率稳定性,而不会引入附加的相噪恶化，同时加载反馈控制器后可以提高系统输出的相位稳定性及时延稳定性。.第三、通过研究增益分布和模场分布情况下的横模竞争的问题，得出大模场激光放大器输出的模式分配比例，探讨了光纤传输过程中的多个模式干涉效应下的自成像效应。