光纖合束器是獲取高功率光纖激光器的核心部件恭陡，通過光纖合束器輸出的激光一般為高階模式，光束質(zhì)量較差上煤。本文介紹了光纖合束器的工作原理和輸出激光M2的計算公式休玩，并且基于輸入激光的不同模式進行仿真分析，探究不同輸入激光模式對輸出激光光束質(zhì)量的影響劫狠。
光纖激光器自從發(fā)明以來取得了長足的進步嘉熊，但是近年來單鏈路光纖激光器進一步提升輸出功率卻遇到了極大的瓶頸遥赚，在這個背景之下光纖激光合成技術成為了一個有效的方案，其中功率合成示意圖如圖1所示阐肤。
圖1.功率合成示意圖
所謂光纖激光合成技術指的是將多路光纖激光合稱為一束激光輸出的技術凫佛，其中光纖功率合束器是該技術中的核心技術，它能夠有效避免幾何拼束的缺陷孕惜，利用全光纖結(jié)構(gòu)將多路激光束縛在波導中愧薛，提高了合成效率，實現(xiàn)了真正意義上的“合束”衫画，其結(jié)構(gòu)如圖2所示毫炉。
圖2.光纖合束器結(jié)構(gòu)示意圖
而除了高功率之外，在很多領域中能量密度這一參數(shù)也非常重要削罩，我們可以使用光束質(zhì)量這一指標來表征這個值瞄勾，常見的評判光束質(zhì)量的參數(shù)有M2因子费奸，聚焦光斑尺寸，衍射極限倍數(shù)因子β进陡，Streel比等愿阐。
下面我們來討論光纖合束器輸出激光的M2計算公式。一般而言從合束器輸出的光往往存在高階模式趾疚，因為光斑不規(guī)則缨历，很難通過幾何方法來判斷光斑中心和束腰半徑，所以我們可以通過下式二階矩的定義來計算束腰半徑：
再根據(jù)M2的定義計算得到
其中
和
分別是x和y方向上的M2因子糙麦，
和
分別是激光再遠場x和y方向的有效光斑半徑辛孵。ζ和η分別代表遠場平面上x，y方向的坐標赡磅。
在極限情況下魄缚，真空中激光在遠場的模式分布為近場分布的傅里葉變換，由此同樣可以通過下列式子來定義遠場分布的有效光斑半徑
和
仆邓。
隨著激光合束器的發(fā)展鲜滩，目前的光纖激光輸出功率可以達到百千瓦量級，但是此時的M2卻高達50节值，光束質(zhì)量堪憂，在經(jīng)過較長距離的傳輸之后能量密度受大氣的影響明顯降低榜聂，因此提高光纖合束器輸出激光的光束質(zhì)量非常重要搞疗。本文將基于輸入激光光束質(zhì)量進行仿真分析，探究提高光纖合束器光束質(zhì)量的方法须肆。
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