코어 및 스트레스 로드의 도핑에 따른 편광유지 대구경 이중클래드 광섬유의 복굴절 특성 변화에 대한 수치해석적 연구
Numerical Investigation of Birefringence Property Change of a Polarization-maintaining Large-mode-area Double-clad Fiber Depending on Core and Stress-rod Doping Level Variation
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초록
본 연구에서는 고출력 광섬유 레이저를 위한 편광 유지 대구경 이중 클래드 광섬유(PLMA DCF)의 주요 성능 지표인 복굴절에 관하여 이론적 분석을 수행하였다. PLMA DCF의 복굴절 성능 측정을 위한 이론적 모델을 구축하고, 코어 및 스트레스 로드를 구성하는 물질의 종류 및 농도에 따른 20/400 mm PLMA DCF의 복굴절 변화를 유한요소법을 통해 전산모사하였다. 또한 코어 및 스트레스 첨가 영역(SAP)에서 각 부분을 구성하기 위해 첨가되는 물질의 비율을 기존 광섬유의 최대 +20%까지 변경하며 복굴절 특성 변화에 대한 수치해석적 분석을 수행하였다. 분석 결과 코어 영역은 복굴절로 인한 변화가 없었으나, 코어-클래딩 경계면에서 전체적인 인장력이 급격하게 증가하는 것을 확인할 수 있었다. SAP 영역에서는 +15%까지 복굴절이 증가하다가 +20%에서 감소하는 것을 확인하였으며, 클래딩 영역에서 마찬가지로 인장력 분포가 크게 변화하는 것을 확인할 수 있었다.
Abstract
Theoretical investigations were conducted to analyze birefringence, a key performance indicator of polarization-maintaining large-mode-areadouble-clad fiber (PLMA DCF) for high-power fiber lasers. Using the finite element method, the influence of doping ratios in the core and stress-applying parts (SAPs) on the birefringence of a 20/400 mm PLMA DCF was numerically investigated. The doping ratios in both regions were variedby up to +20% to observe changes in birefringence characteristics. In the core region, no change in birefringence was observed, however, a significantincrease in overall tensile stress was noted at the core-cladding interface. In the SAP region, birefringence increased up to +15% before decreasing at +20%, while a substantial change in tensile stress distribution was similarly observed in the cladding region.