光纤激光器模式控制方法研究(2)
传统意义上，一般制作的光纤激光器会采用小芯径光纤，这样便可以获得近衍射极限的激光输出，但是其功率的进一步提升受到光纤的各种非线性效应的阻碍，以及光纤端面损伤等因素。
因此，人们会采用大模场面积光纤以提高激光器功率。这种光纤具有直径大、掺杂浓度高等特点，能有效地克服光纤本身非线性效应及端面损伤等问题。但它在一般情况下不适用于单横模运行条件，这样便会导致纤芯中出现了多模式传输，致使光束质量变差等新问题的出现。
若需要采用LMA光纤获得非常好的近衍射极限输出，人们设想了各种方式来抑制大模场光纤中的高阶模产生，一般有拉锥式选模法、弯曲损耗法、设计新型的LMA光纤等。这些方式有各自的特点和适用条件，因此应该根据实际情况具体问题具体分析。
对于高功率光纤激光器（一般为几百瓦甚至超过一千瓦），局部过热是影响激光器持续运行和限制输出功率进一步提升的主要因素。光纤激光器局部过热，会使光纤熔断或沿着光纤某个方向产生热聚集，甚至将整个光纤激光器毁坏，这是非常可怕的。克服热效应一般会从三个方面入手，一是平衡产生的热量，如改端面泵浦为多点泵浦等。二是改进冷却措施，如对熔接点、掺杂光纤和发热量大的光纤器件采用合适功率冷却机及时冷却降温，并用红外探测仪实时监控。三是尽量避免不必要的热量的产生，比如尽可能精确光纤切割以改善熔接质量或采用长波长泵浦源以减小量子亏损。当然，上述三种方法也存在适用范围，如果实际情况与之不符，这时就需要寻找更好的措施来有效地改善热效应。
通过学校本身实验室相关实验和其他光纤激光器实验室调研发现，模式控制在减少热量产生、均衡各器件热效应方面能发挥意想不到的作用。在各种方式都不适用时，便可以试试模式控制技术来进一步使输出极限功率上升。
1.2.2 模式控制主要方法及方式对比
国内外实验室目前采用小功率的光纤激光器进行的选模方式的实验，提出了许多新思路、新方法，但有些方式必须依靠其空间光学结构，现如今全光纤激光器的模式控制方法主要有下述三种。针对光纤外围的模式控制有光纤盘绕和光纤拉锥，以达到选模效果。针对光纤内部的是设计新型光纤。
(1)光纤弯曲缠绕选模
光纤弯曲缠绕选模是根据不同模式对光纤弯曲的敏感程度不同提出的选模方式。
(2)光纤拉锥选模
对光纤进行拉锥，相当于在多模光纤内部增加了一个模式滤波器，将高阶模进行滤除。
(3)设计新型LMA 光纤
近年来国内也有多家单位从事设计新型光纤,从光纤内部解决传输损耗增益方面的不足。
上述方式对比如下：
光纤盘绕选模，优点，简单、实惠，光纤本身就需要弯曲摆放。缺点，将光纤盘绕应用于大模场光纤时弯曲直径需非常小，这在实际操作中很难做到。
光纤拉锥，优点，经济、有效。缺点 高功率下腰发热严重；泵浦光损耗严重。
螺旋芯光纤，优点，泵浦吸收效率高，可达很小弯曲直径，缺点， 输出光有角度，组成谐振腔较复杂；熔接困难。
光子晶体光纤，优点，可以有效抑制高阶模；模场直径可以做到很大。缺点，丧失光纤柔性特性；熔接困难。
2 光纤激光器理论基础
2.1 光纤的光线理论
2.1.1 程函方程
分别为电场强度和磁场强度， ， ,则 (2.1)