高重频大带宽短腔长的全光纤高阶轨道角动量锁模激光器制造技术

本发明专利技术涉及轨道角动量激光器领域，特别涉及一种高重频大带宽短腔长的全光纤高阶轨道角动量锁模激光器，包括泵浦源

【技术实现步骤摘要】
高重频大带宽短腔长的全光纤高阶轨道角动量锁模激光器


[0001]本专利技术涉及轨道角动量激光器领域，特别涉及一种全光纤高阶轨道角动量锁模光纤激光器
。

技术介绍

[0002]轨道角动量模式
OAM
是一种具有涡旋相位的结构光，在光纤通信
、
材料加工
、
粒子操控等领域得到了广泛的应用
。
产生轨道角动量的激光器具有较好的相干性和纯净度成为这些轨道角动量应用的基础
。
其中全光纤的轨道角动量锁模激光器具备峰值功率高
、
结构简单
、
成本低廉
、
稳定性好等优势，近些年，成为轨道角动量激光器的研究热点
。
[0003]全光纤轨道角动量锁模激光器的主要参数包括拓扑荷数
、
重复频率
、
带宽等
。
拓扑荷数指轨道角动量模式的阶数；重复频率指激光器每秒输出的轨道角动量脉冲个数；带宽指轨道角动量激光器输出光包含的波长成分范围
。
[0004]当前已报道的有关全光纤轨道角动量锁模激光器主要应用光纤光栅
、
模式选择耦合器等实现轨道角动量模式的产生，应用可饱和吸收体或非线性偏振旋转原理实现锁模
。
但受限于激光器中的模式转换器件带宽和腔内色散管理，目前轨道角动量激光器的重复频率在
50MHz
以下，带宽大都不超过
70nm。
然而，很多轨道角动量应用如粒子操控
、
手性材料加工等需要更高重复频率
(
大于
100MHz)、
更大带宽
(
大于
100nm)
的全光纤轨道角动量锁模激光器，其中存在较大的技术难度，是当前的技术空白
。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是提出一种高重频大带宽短腔长的全光纤高阶轨道角动量锁模激光器，以克服现有技术的不足
。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术提出一种高重频大带宽短腔长的全光纤高阶轨道角动量锁模激光器，其特征在于，包括泵浦源
、
波分复用器
、
掺铒光纤
、
第一偏振控制器
、
色散位移光纤
、
单模光纤
、
模式选择耦合器
、
偏振相关隔离器和第二偏振控制器；
[0007]所述波分复用器
、
掺铒光纤
、
色散位移光纤
、
单模光纤
、
模式选择耦合器
、
偏振相关隔离器和第一偏振控制器构成环形激光器谐振腔
。
[0008]所述泵浦源为
980nm
半导体激光器，经
980/1550nm
波分复用器耦合进入谐振腔内实现泵浦；
[0009]所述波分复用器将所述泵浦源提供的泵浦能量耦合进所述谐振腔内，实现对掺铒光纤的泵浦；
[0010]所述掺铒光纤，用于对腔内的信号光产生增益，放大后的信号光继续在色散位移光纤和单模光纤中传输；
[0011]所述色散位移光纤，用于补偿单模光纤和掺铒光纤带来的色散影响；
[0012]所述模式选择耦合器，用于将单模光纤中的
LP
01
基模耦合为少模光纤中的高阶
LP
模；
[0013]所述偏振相关隔离器在隔离反射光的同时引入偏振相关损耗，实现腔内光场时域上的窄化；
[0014]所述第一偏振控制器置于内任意一段光纤处，实现对腔内光场偏振态的调节；
[0015]所述第二偏振控制器置于激光器谐振腔外，连接模式选择耦合器的高阶模输出端，用于将高阶
LP
模转换为对应阶数的轨道角动量模式
。
[0016]进一步的，高重频大带宽短腔长的全光纤高阶轨道角动量锁模激光器，还包括光耦合器，所述光耦合器作为环形谐振腔的一个结构单元，将腔内的光场耦合输出，该输出具有激光器脉冲特性的表征
。
[0017]优选的，高重频大带宽短腔长的全光纤高阶轨道角动量锁模激光器中，所述光耦合器和模式选择耦合器的总耦合输出比小于
50
％
。
[0018]更进一步的，所述环形谐振腔的腔内净色散的绝对值小于等于
0.02ps2。
[0019]优选的，所述环形谐振腔的腔长在
2m
以内
。
[0020]更优选的，高重频大带宽短腔长的全光纤高阶轨道角动量锁模激光器中，所述掺铒光纤长度为
0.23
‑
0.3m
，单模光纤长度在
0.5
‑
1m
，色散位移光纤的长度范围为
0.5
‑
0.7m。
[0021]优选的，所述模式选择耦合器由一段单模光纤和一段少模光纤熔融拉锥制成
。
[0022]本专利技术的技术原理为：
[0023]一
、
众所周知，设激光器腔内的光场沿光纤两个极化轴的缓变包络分别为
u(z,t)
和
v(z,t)
，其在光纤中的传输可以由
Ginzburg
‑
Laudau
方程描述：
[0024][0025]其中
β
和
δ
分别为
u(z,t)
和
v(z,t)
之间的半波数差和群速度差的倒数，
β2和
β3分别代表二阶色散和三阶色散，
γ
为非线性系数，对于不同类型的光纤，这些参数一般不同；
g
和
Ω
分别表示掺铒光纤的增益和增益带宽，对于单模光纤和色散位移光纤，
g
＝
0。
[0026]式
(1)
描述了信号光在谐振腔光纤中传输
。
对于偏振控制器，其对光纤扭转
、
挤压引入的相移用矩阵表示；对于偏振相关隔离器，用矩阵描述，其中
θ
为起偏器方向与光纤主轴之间的夹角；对于光耦合器，其耦合输出比表现为信号光等比例的衰减
。
[0027]二
、
锁模激光器输出脉冲带宽与腔内净色散
β
net
相关：
[0028]β
net
＝
∑
β
2i
L
i
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)
[0029]β
2i
和
L
i
表示不同光纤的二阶色散和长度
。
[0030]一般而言，作为传输介质，光纤对光信号具有色本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种高重频大带宽短腔长的全光纤高阶轨道角动量锁模激光器，其特征在于，包括泵浦源
、
波分复用器
、
掺铒光纤
、
第一偏振控制器
、
色散位移光纤
、
单模光纤
、
模式选择耦合器
、
偏振相关隔离器和第二偏振控制器；所述波分复用器
、
掺铒光纤
、
色散位移光纤
、
单模光纤
、
模式选择耦合器
、
偏振相关隔离器和第一偏振控制器构成环形激光器谐振腔；所述泵浦源为
980nm
半导体激光器，经
980/1550nm
波分复用器耦合进入谐振腔内实现泵浦；所述波分复用器将所述泵浦源提供的泵浦能量耦合进所述谐振腔内，实现对掺铒光纤的泵浦；所述掺铒光纤，用于对腔内的信号光产生增益，放大后的信号光继续在色散位移光纤和单模光纤中传输；所述色散位移光纤，用于补偿单模光纤和掺铒光纤带来的色散影响；所述模式选择耦合器，用于将单模光纤中的
LP
01
基模耦合为少模光纤中的高阶
LP
模；所述偏振相关隔离器在隔离反射光的同时引入偏振相关损耗，实现腔内光场时域上的窄化；所述第一偏振控制器置于内任意一段光纤处，实现对腔内光场偏振态的调节；所述第二偏振控制器置于激光器谐振腔外，连接模式选择耦合器的高阶模输出端，用于将...

【专利技术属性】
技术研发人员：张新亮，吴航，陈燎，李帅，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：