大模场光纤弯曲时的模场演化及其耦合效率研究

本文主要探讨了大模场光纤在进行直弯过渡时的模场演变和耦合效应。大模场光纤因其特有的模场分布，使得在激光系统中，其模式控制成为一项挑战。作者基于亥姆霍兹方程，比较了直光纤和弯曲光纤的模场分布，发现当光纤由直变弯时，会经历模场的自耦合和互耦合过程。 模场的叠加和激发理论被应用于理论分析中，以推导出描述光纤直弯过渡中模场耦合效率的数学公式。通过耦合效率公式和有限元方法，研究者精确地计算了具有阶跃折射率分布的大模场光纤在直弯过渡中各模态的能量交换情况。实验结果显示，弯曲程度、模场阶次对耦合效率有显著影响：基模的耦合效率最高，随着模场阶次的增加，耦合损耗逐渐增大，特别是对于高阶模，其损耗大于低阶模。 这项研究的意义在于，揭示了大模场光纤直弯过渡中的能量流动特性，指出这种过程是以总能量损耗为代价来实现对高阶模的有效抑制。这对于设计和优化大模场光纤激光系统，例如减少模式噪声，提高激光器的稳定性和性能，具有重要的理论指导价值。因此，理解和控制大模场光纤的直弯过渡行为，是提升光纤光学系统性能的关键步骤。