研究目的
研究渐变折射率多模光纤（GRIN MMFs）中的光束自清洁过程以及随机模式耦合对该过程的影响。
研究成果
研究表明，在渐变折射率多模光纤中，具有相同模式数的空间模式之间的随机线性耦合有助于实现光束自清洁过程，从而在光纤输出端获得稳定的基模功率和接近基模尺寸的光束。该发现与实验数据相符。
研究不足
该研究仅限于数值模拟，未详细说明用于验证模型的具体实验设置或所用设备。
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[2019年德国慕尼黑国际激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) (2019.6.23-2019.6.27)] 2019年欧洲激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 随机模式耦合助力渐变折射率多模光纤中的克尔光束自清洁
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[2019年德国慕尼黑国际激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) (2019.6.23-2019.6.27)] 2019年欧洲激光与光电会议暨欧洲量子电子学会议(CLEO/Europe-EQEC) - 随机模式耦合助力渐变折射率多模光纤中的克尔光束自清洁
DOI：10.1109/cleoe-eqec.2019.8871687
出版年份：2019
更新时间：2025-09-11 14:15:04
摘要：
多模光纤（MMF）中的时空光束动力学近期在基础物理和多个实际应用领域重新引发关注[1,2]。最新实验[2,3]表明，由于克尔效应，在渐变折射率（GRIN）多模光纤中可观察到光束自清洁过程。与线性传输产生的斑点状输出光束不同，该过程最终会形成稳定的非线性光束——其出射端尺寸接近基模模式。本文通过数值模拟研究GRIN多模光纤中的光束自清洁过程。不同于先前采用广义三维非线性薛定谔方程描述空间光束沿多模光纤非线性传播的方法[3]，我们使用以下形式的耦合模模型：2i dAp,m dζ = D(n + 1)2Ap,m + p ∑ m+m1=m2+m3 ∑ p+p1=p2+p3 f m,m1,m2,m3 p,p1,p2,p3 Ap1,m1Ap2,m2Ap3,m3 + ∑ m1,p1 Cm,m1 p,p1 Ap1,m1 。该方程组分别描述各模式振幅Ap,m的演化过程。耦合模方法通过采用较大积分步长显著降低了计算耗时。为考虑制造、弯曲或倾斜导致的多模光纤各类缺陷，我们在方程中引入随机线性耦合项。
图1展示了无随机线性耦合模型（a）与简并模式间存在随机线性耦合模型（b）的能量分布动态及输出场特性。本研究描述了空间模式间多种随机线性耦合模型（包括全模式耦合与仅简并模式耦合），并探究了随机模式耦合对光束自清洁过程的影响。图1a显示无随机线性耦合模式下各模式间的能量分布空间动态：尽管处于强非线性区，基模功率仍沿光纤振荡，最终输出斑点状光束。而当引入等模式数空间模式的随机线性耦合后（图1b），可清晰观察到自清洁效应的出现——基模功率在传输过程中迅速稳定，输出光束尺寸接近基模。数值模拟结果与实验数据完全吻合。
作者：
Oleg S. Sidelnikov，Evgeniy V. Podivilov，Mikhail P. Fedoruk，Stefan Wabnitz
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