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1. 研究目的与意义及国内外研究现状

高光束质量的高功率光纤激光器近年来引起了人们的广泛关注。与固体或气体激光器相比，光纤激光器具有光束质量高、器件尺寸小、重量轻、免维护等优点。光纤激光器的输出功率主要受到非线性增加和高功率密度引起的光损伤的限制。为了克服这些问题的一个有效方法是大模场面积光纤（LMA）光纤的应用。在LMA光纤中，由于增加纤芯直径，使得纤芯的光强度降低，可以有效地抑制非线性效应。具有不同折射率分布的新的LMA光纤的出现促进了光纤激光器功率的增长。但增加纤芯直径通常导致LMA光纤高阶模式传播，降低激光器的光束质量。因此，我们需要设计新型大模场面积光纤并对其特性进行研究，以达到更好的应用效果。

国内外研究现状

2005年底，德国IPHT的Limpert等设计了一种50cm长的直棒形光子晶体光纤激光器，获得了320W连续激光输出。2007年，Fabio等应用上述类似结构的光纤短棒，在实验中得到了单模输出，该课题组还进一步开展了倍频、偏振方面的实验，均获得了很好的结果。2006年，S. Ramachandran等提出的模式转换机制为大模场光纤提供了一种新的设计思路。2006年底，弗罗里达中央大学的YingChen研究小组从实验上验证了Siegman教授的增益导引理论，为大模场光纤发展指明新的方向。2009年，美国的Libi Fu等人提出并从实验上验证的应力型大模场光纤，是目前报导的最大模场面积。大模场面积光纤的研究取得了相当的成果，推动了光纤激光功率的发展，但也需清醒地认识到，多数的大模场面积光纤还只停留在实验验证及理论分析的阶段，真正应用到仍存在许多技术难题，研究和解决这些难点问题是大模场面积光纤走向实际应用的关键。

2. 研究的基本内容

1. 查阅国内外相关文献，总结与大模场面积光纤研究相关的国内外研究工作进展，总结大模场面积光纤的当前研究热点。

2. 掌握分析光纤的数值计算方法，利用全矢量有限单元分析工具、matlab软件计算光纤的传导模式和传播常数。

3. 掌握计算光纤色散、模场、损耗等特性的计算方法，计算光纤各参数对光纤传输特性的影响，设计实现1-2种新型结构的大模场面积光纤并讨论其传输特性。

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   3. 实施方案、进度安排及预期效果

   实行方案：

   查阅相关文献资料并整理，总结大模场光纤相关的国内外的研究工作进展，筛选有用的信息；利用comsol、matlab软件分析计算光纤的传导模式和传播常数，计算光纤各可调参数对光纤传输特性的影响，设计实现新型结构的大模场面积光纤。

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   4. 参考文献

   [1] y. zhu et al. very large mode area optical fiber with complex ring cores, optik 125 (2014) 7016–7019.

   [2] h. ademgil,s. haxha. bending insensitive large mode area photonic crystal fiber, optik 122 (2011) 1950–1956.

   [3] n. muduli,g. palai. optimization the coupling coefficient of large mode area pcf using 2d fdtd method, optik 125 (2014) 7116–7119.

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