多模激励下光纤放大器中的横模不稳定性理论
光学
2024-07-16 v2
摘要
由动态非线性热光散射引起的横模不稳定性（TMI）是高功率光纤激光器与放大器功率提升的主要限制。已有研究提出，可通过在高度多模光纤中激发多模来抑制TMI。我们推导了任意多模输入激励下、一般光纤几何中TMI起始阈值的半解析频域理论。我们表明，TMI源于所有模式在频移频率处因热光耦合而产生的噪声指数增长。各模式中的噪声增长率由不同模式的信号功率之和给出，并以两两热光耦合系数为权重。我们计算了标准圆形多模光纤中全部约对模式的热光耦合系数，表明具有大横向空间频率失配的模式弱耦合，从而形成带状耦合矩阵。此短程特性源于介导耦合的热传播之扩散性质，导致多模激励下相较单模噪声增长率更低，从而显著抑制TMI。我们发现TMI阈值随激发模式数线性增加，在82模光纤放大器中TMI阈值提升超过一个数量级。利用我们的理论，我们还计算了非圆几何光纤在多模激励下的TMI阈值，并表明TMI阈值的线性标度为不同光纤的普适性质。
引用
@article{arxiv.2308.11599,
title = {Theory of Transverse Mode Instability in Fiber Amplifiers with Multimode Excitations},
author = {Kabish Wisal and Chun-Wei Chen and Hui Cao and A. Douglas Stone},
journal= {arXiv preprint arXiv:2308.11599},
year = {2024}
}