光纤放大器多模激励下的横向模式失稳理论
摘要：多模光纤中的横模不稳定性（TMI）是高功率光纤激光器和放大器功率扩展的主要限制。提出通过在高度多模光纤中激发多个模式来抑制TMI。我们推导出一个半解析的频域理论，研究在任意多模输入激励和一般光纤几何条件下，TMI发生的临界阈值。我们表明，TMI是由于热光耦合引起的所有模式中频率下移后的噪声的指数增长导致的。每个模式中的噪声增长率由各种模式的信号功率加权的热光耦合系数之和给出。我们计算了标准圆形多模光纤中约$10^4$对模式的热光耦合系数，并且表明横向空间频率差异较大的模式之间的耦合较弱，导致出现带状耦合矩阵。这种短程行为是由于热传导的扩散性质介导的耦合，使得多模激励下的噪声增长率较单模激励下的噪声增长率低，从而有效地抑制TMI。我们发现，TMI阈值与激发的模式数量线性增加，导致82模式光纤放大器的TMI阈值增加超过一个数量级。利用我们的理论，我们还计算了在非圆形几何结构的光纤中，多模激励下的TMI阈值，并表明TMI阈值的线性缩放是不同光纤的普遍特性。
作者：Kabish Wisal, Chun-Wei Chen, Hui Cao and A. Douglas Stone
论文ID：2308.11599
分类：Optics
分类简称：physics.optics
提交时间：2023-08-23