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摘要：根据Maxwell方程组和边界条件，利用弱波导近似，运用数值计算软件和有限元浅析软件，得出了环状光纤工作于不同模态时，对光纤的几何结构参数和折射率的要求，即对导光层厚度和芯-包层折射率差值的限制条件。探讨表明，在环状光纤的结构参数严格满足一定的限制条件的情况下，环状光纤可以分别工作在单模、多模（二模、三模）等不同状态；其中，单模状态时，环状光纤在保持较大的内包层半径(10μm)的同时，最大的导光层厚度可达5.6μm；允许的折射率差值最大值可达0.05。由傍轴近似下的菲涅尔衍射积分公式，得出了环形光纤波导模在自由空间的近场传输特性，指出单模条件下环形光纤的LP01在自由空间传输时由环形的光场分布演变成类高斯分布，而LPmn模(m0)，随着传输距离增加其输出光场强度分布依然为环形，且中心处的强度恒为0。由夫朗和费衍射积分公式，得出了环形光纤波导模在夫琅和费衍射区的能量分布特性，并与环状光纤内部的能量分布做了比较。计算结果表明，环状光纤的内部能量分布呈现环形，能量大部分分布于一个环形核心内。单模条件下，环形光纤的基模在自由空间传输时，当光场分布经由近场衍射到远场时，归一化能量分布图形逐步由内部的环形演变成远场的类高斯分布，最终会形成一个亮斑，桶中功率(Power inthe Bucket, PIB)大于0.991，具有很高的能量集中度，光束质量良好。多模条件下，远场能量分布形态依然为环形，且中心处的强度有凹陷，桶中功率有显著的下降，光束质量变差。文章最后讨论了单模条件下导光层厚度和芯-包层折射率差值等结构设计参数对远场能量集中度的影响，发现减小芯-包层折射率差值与导光层厚度有利于进一步增大能量集中度，并且可以减小衍射远场的光斑宽度，提升光束质量。关键词：环状光纤论文方式条件论文近场衍射论文远场衍射论文能量分布论文光束质量论文
摘要4-5
Abstract5-8
第一章 绪论8-20
1.1 光纤激光概论8-13
1.2 光纤激光器的进展与近况13-14
1.3 光纤激光器面对的不足14
1.4 双包层光纤和环状光纤14-18
1.5 本论文探讨内容和作用18-20
第二章 光纤的基本论述和浅析策略20-28
2.1 光纤的电磁场论述20-23
2.1.1 麦克斯韦方程组20-21
2.1.2 电磁场的边界条件21
2.1.3 Helmholtz 方程21-23
2.2 环状光纤论述模型23-26
2.3 浅析工具26-27
2.4 本章小结27-28
第三章 环状光纤方式条件28-36
3.1 实现不同方式运行对半径 r1、r2 的要求28-33
3.2 实现不同方式的条件对芯包层折射率差值的要求33-34
3.3 本章小结34-36
第四章 环状光纤衍射特性36-50
4.1 衍射论述36-38
4.2 环状光纤低阶模近场衍射特性38-43
4.2.1 环状光纤柱坐标衍射公式推导38-39
4.2.2 环状光纤内 LP01 模的模场强度分布39-40
4.2.3 环形光纤波导模在自由空间中的衍射特性40-43
4.3 远场衍射43-49
4.4 本章小结49-50
第五章 总结与展望50-52
5.1 本论文的主要探讨成果50-51
5.2 进一步工作的深思和倡议51-52