【技术实现步骤摘要】
本专利技术主要涉及到光纤激光，尤其是一种大模场增益光纤模场参数获取及模式不稳定抑制能力评价方法。
技术介绍
1、高功率光纤激光以其突出优势在工业加工、地球科学和军事国防等领域得到了广泛的应用。多种非线性效应，如受激拉曼散射效应和受激布里渊散射效应等，是制约光纤激光功率提升的关键因素。大模场光纤的应用，有效增大了光纤中的基模模场面积，进而有效提高了高功率光纤激光非线性效应阈值功率。然而，大模场光纤中支持高阶模式传输，这会引入一种严重的光束质量退化现象——模式不稳定。模式不稳定的特征是在热效应或非线性效应的作用下，基模与高阶模之间发生静态或动态的能量转换，这种效应已成为限制光纤激光亮度提升的主要因素。
2、为了抑制模式不稳定，进而提升高功率光纤激光性能，需要尽可能采用模式不稳定抑制能力强的大模场增益光纤，其核心在于如何评价大模场增益光纤模式不稳定抑制能力。目前，对大模场增益光纤模式不稳定抑制能力的评价方法主要有间接和直接方法两种。间接评价方法主要是通过大模场增益光纤的数值孔径、纤芯尺寸等基础参数，然而其无法区分数值孔径、纤芯尺寸等基础参数相近的大模场增益光纤，难以实现大模场增益光纤模式不稳定抑制能力的精细评价。直接评价主要是通过在高功率光纤激光系统直接测量大模场增益光纤的模式不稳定阈值，这种方法能够实现对大模场增益光纤模式不稳定抑制能力的准确评价，然而其成本高并且会影响到大模场增益光纤的后续使用，难以实现对大模场增益光纤模式不稳定抑制能力的高效评价。
3、因此，目前亟需一种能够实现对大模场增益光纤模式不稳定效
技术实现思路
1、针对现有技术存在的技术问题，本专利技术提出一种模场增益光纤模场参数获取及模式不稳定抑制能力评价方法。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
3、一方面，本专利技术提供一种大模场增益光纤模场参数获取方法，包括：
4、输入常温条件下大模场增益光纤的基础折射率分布；
5、基于常温条件下大模场增益光纤的基础折射率分布，确定不同热负载下大模场增益光纤的修正折射率分布；
6、基于不同热负载下大模场增益光纤的修正折射率分布，获得不同热负载下大模场增益光纤的模场参数。
7、进一步地，所述大模场增益光纤的折射率分布形态不限，可以为具有任意折射率分布形态的大模场增益光纤。如所述大模场增益光纤为具有阶跃折射率分布或渐变折射率分布的大模场增益光纤。
8、进一步地，所述大模场增益光纤包括掺杂纤芯，掺杂纤芯的掺杂分布情况不限，如可以为均匀掺杂或部分均匀掺杂或非均匀掺杂。
9、进一步地，所述大模场增益光纤的掺杂纤芯的增益掺杂剂类型不限，可以为各种或多种稀土离子，如增益掺杂剂是yb3+、er3+、nd3+、ho3+和tm3+中的任意一种或多种。
10、进一步地，确定不同热负载下大模场增益光纤的修正折射率分布nm(r)，方法包括：
11、利用热传导方程计算得到不同热负载下大模场增益光纤的温度分布t(r)；
12、不同热负载下大模场增益光纤的修正折射率分布nm(r)满足：
13、nm(r)＝n0(r)+ktt(r)
14、其中，r表示大模场增益光纤中的径向位置，n0(r)表示常温条件下大模场增益光纤的基础折射率分布，kt表示大模场增益光纤的热光系数。
15、进一步地，利用亥姆霍兹方程基于不同热负载下大模场增益光纤的修正折射率分布nm(r)，获得不同热负载下大模场增益光纤的模场参数e：
16、
17、k(r)＝k0nm(r)
18、其中，坐标(x,y,z)代表大模场增益光纤中的不同位置的x轴、y轴、z轴的坐标值，k0＝2π/λ表示激光的波数，λ为激光的波长。
19、进一步地，将不同热负载下大模场增益光纤的模场参数e表征为不同模式的叠加：
20、
21、其中，模场参数e包括不同模式的模场分布、传播常数和损耗系数，ai(x,y)、βi、αi分别是大模场增益光纤中第i个模式的模场分布、传播常数和损耗系数。
22、另一方面，本专利技术提供一种大模场增益光纤模式不稳定抑制能力评价方法，包括：
23、采用前述任一种不同热负载下大模场增益光纤的模场参数获取方法获得不同热负载下大模场增益光纤的模场参数，所述模场参数包括不同模式的模场分布、传播常数和损耗系数；
24、大模场增益光纤的模场参数中除高阶模式损耗系数外的其它模场参数相同时，大模场增益光纤模式不稳定抑制能力由不同热负载下大模场增益光纤的高阶模式损耗系数决定，高阶模式损耗系数越大对应的大模场增益光纤模式不稳定抑制能力越强。
25、本专利技术提供的大模场增益光纤模式不稳定抑制能力评价方法，可以应用于不同类型高功率光纤激光系统中大模场增益光纤模式不稳定抑制能力的评价。
26、具体地，本专利技术提供一种大模场增益光纤应用于光纤激光放大器时的模式不稳定抑制能力评价方法，包括：
27、采用前述任一种不同热负载下大模场增益光纤的模场参数获取方法获得不同热负载下大模场增益光纤的模场参数，所述模场参数包括不同模式的模场分布、传播常数和损耗系数；
28、光纤激光放大器中的增益光纤采用大模场增益光纤，基于不同热负载下大模场增益光纤的模场参数和光纤激光放大器结构及结构参数，预测光纤激光放大器模式不稳定阈值；
29、基于光纤激光放大器的模式不稳定阈值评价不同大模场增益光纤的模式不稳定抑制能力。
30、本专利技术的有益效果在于：
31、1、与现有的基于光纤数值孔径、纤芯尺寸等的大模场增益光纤模式不稳定抑制能力的间接评价方法相比，本专利技术所提出的评价方法，利用不同热负载下的模场参数评价大模场增益光纤模式不稳定抑制能力，所提出的方法通过折射率分布测量充分考虑了光纤拉制过程中数值孔径、纤芯尺寸等基础参数微小扰动对大模场增益光纤性能的影响，解决了传统间接评价方法难以比较特征参数相近的大模场增益光纤模式不稳定抑制能力的缺陷；
32、2、与现有的基于高功率光纤激光系统实验测量的大模场增益光纤模式不稳定抑制能力的直接评价方法相比，本专利技术所提出的评价方法，利用不同热负载下的模场参数评价大模场增益光纤模式不稳定抑制能力，所提出的方法通过对热负载的分析兼顾了实际高功率光纤激光系统中大模场增益光纤性能的变化，解决了传统直接评价方法效率低下的缺陷，实现了对大模场增益光纤模式不稳定抑制能力的高效评价；
33、3、本专利技术具有通用性，可以广泛应用于各种类型高功率光纤激光系统中大模场增益光纤模式不稳定抑制能力的评价。
34、综上，本专利技术在强激光领域，特别是用于高功率光纤激光系统的大模场增益光纤筛选评本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.大模场增益光纤模场参数获取方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的大模场增益光纤模场参数获取方法，其特征在于，所述大模场增益光纤为具有任意折射率分布形态的大模场增益光纤。
3.根据权利要求1所述的大模场增益光纤模场参数获取方法，其特征在于，所述大模场增益光纤为具有阶跃折射率分布或渐变折射率分布的大模场增益光纤。
4.根据权利要求1所述的大模场增益光纤模场参数获取方法，其特征在于，所述大模场增益光纤包括掺杂纤芯，掺杂纤芯的掺杂分布情况为均匀掺杂或部分均匀掺杂或非均匀掺杂。
5.根据权利要求4所述的大模场增益光纤模场参数获取方法，其特征在于，掺杂纤芯的增益掺杂剂是Yb3+、Er3+、Nd3+、Ho3+和Tm3+中的任意一种或多种。
6.根据权利要求1至权利要求5中任意一项所述的大模场增益光纤模场参数获取方法，其特征在于，确定不同热负载下大模场增益光纤的修正折射率分布nm(r)，方法包括：
7.根据权利要求6所述的大模场增益光纤模场参数获取方法，其特征在于，利用亥姆霍兹方程基于不同热负载下大模场增益光
8.根据权利要求1或权利要求2或权利要求3或权利要求4或权利要求5或权利要求7所述的大模场增益光纤模场参数获取方法，其特征在于，将不同热负载下大模场增益光纤的模场参数E表征为不同模式的叠加：
9.大模场增益光纤模式不稳定抑制能力评价方法，其特征在于，包括：
10.大模场增益光纤应用于光纤激光放大器时的模式不稳定抑制能力评价方法，其特征在于，包括：
...【技术特征摘要】
1.大模场增益光纤模场参数获取方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的大模场增益光纤模场参数获取方法，其特征在于，所述大模场增益光纤为具有任意折射率分布形态的大模场增益光纤。
3.根据权利要求1所述的大模场增益光纤模场参数获取方法，其特征在于，所述大模场增益光纤为具有阶跃折射率分布或渐变折射率分布的大模场增益光纤。
4.根据权利要求1所述的大模场增益光纤模场参数获取方法，其特征在于，所述大模场增益光纤包括掺杂纤芯，掺杂纤芯的掺杂分布情况为均匀掺杂或部分均匀掺杂或非均匀掺杂。
5.根据权利要求4所述的大模场增益光纤模场参数获取方法，其特征在于，掺杂纤芯的增益掺杂剂是yb3+、er3+、nd3+、ho3+和tm3+中的任意一种或多种。
6.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟，马鹏飞，陈金宝，王泽锋，潘志勇，肖虎，陈子伦，王蒙，杨保来，杨欢，陈益沙，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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