研究者首先在无泵浦的情况下测量了优化前各个超模的比例,结果如图6所示,在未优化的情况下,异相模式占比仅为70%,而利用算法补偿了非理想的器件引入的相位扭曲后,可以将异相模式占比提高到90%。实验中只有当参考臂增加260fs的时间延迟时才出现另一个超模式的干涉图样,略大于种子脉冲的变换极限脉宽(220fs),说明各个超模式之间相距较远,没有连续的能量转移。
图6优化前以及优化后模式能量占比(左图);各模式横模分布(右图)[2]
研究者还对无泵浦时不同模式的强度分布以及相位分布进行测量,结果如图7所示,在考虑到光纤的非均匀结构和不平滑的端面等因素的情况下,可以测量到相位几乎平坦的同相模式和相邻纤芯相差π相位的异相模式。
图7同相模式(SM1)和异相模式(SM6)实际测量和模拟的强度分布与相位分布 [2]
开启泵浦后,放大器输出结果如图8所示,在泵浦功率12 W的情况下得到平均功率0．9 W的最大脉冲输出,对其输出光斑的近场成像表明,异相模式占据着主导地位。从有无泵浦时的输出光谱则可以看出,光谱不存在明显的增益窄化效应,因此研究者认为多芯光纤非常适合用于啁啾脉冲放大技术。
图8(a)输出功率最大时横向强度分布;(b)有无泵浦时的输出脉冲光谱;(c)(d)异相模式的强度分布和相位分布重构图[2]
研究者最后对多芯光纤中的超模式放大进行模拟。模式成分的演化表明,在存在增益和非线性效应的情况下,超模之间没有明显的能量交换。另一项模拟表明,在总增益增加到一定程度时,同相模式在放大光纤后程退化为单芯传输,伴随着峰值功率的剧烈提升,导致光纤损坏。而相反,异相模式在能量增加时,如理论预测的一样保持稳定,峰值功率保持在击穿阈值之内。
图9 同相模式SM1和异相模式SM6在增益光纤不同位置处的横向强度分布 [2]
关于存在弱耦合的多芯光纤的研究还处于襁褓阶段,理论工作者和实验工作者在这一领域大有可为。随着研究的不断深入,这种多芯光纤技术有望为高功率光纤激光的现存挑战提供新的解决思路。
参考文献:
[1] Junhua Ji, Sidharthan Raghuraman, Xiaosheng Huang, Jichao Zang, Daryl Ho, Yanyan Zhou, Yehuda Benudiz, Udi Ben Ami, Amiel A． Ishaaya, and Seongwoo Yoo, "115??W fiber laser with an all solid-structure and a large-mode-area multicore fiber," Opt． Lett． 43, 3369-3372 (2018)．
[2] V． Andrianov et al．, "Selective Excitation and Amplification of Peak-Power-Scalable Out-of-Phase Supermode in Yb-Doped Multicore Fiber," in Journal of Lightwave Technology, vol． 38, no． 8, pp． 2464-2470, 15 April15, 2020．
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