基于少模光纤光栅的全光纤轴对称偏振光束激光器及产生方法技术

基于少模光纤光栅的全光纤轴对称偏振光束激光器及其轴对称偏振激光光束产生方法，利用少模光纤光栅特殊的波长--横模对应特性，在光纤谐振腔内结合波长选择器件，实现轴向偏振激光光束输出。该激光器主要包括泵浦源、增益介质、波长选择组件和含有少模光纤光栅的模式选择组件。本发明专利技术输出具有高偏振纯度、单波长窄线宽、方便实现径向偏振激光和角向偏振激光可控切换等特性。本发明专利技术没有任何空间耦合器件参与其中，结构上更加稳定，便于移动和产品化，是真正意义上的全光纤轴对称偏振光束激光器。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及激光器领域，特别是涉及少模光纤光栅的全光纤结构轴对称偏振光束激光器及偏振激光光束产生方法。
技术介绍
轴对称偏振态是一种有别于普通偏振特性的一种特殊偏振态，它的偏振态是围绕光束中心对称分布的，一般有两种径向偏振(如图5所示)和角向偏振(如图6所示)。 轴对称偏振光束的能量分布上也有别于一般的激光光束，其能量分布为环状，光束中心为能量分布的零点。轴对称偏振光束的特殊偏振分布特性使得它在很多领域都有特殊的优势，尤其是径向偏振光。在激光光镊，激光加工，近场光学，高密度光存储等领域都有非常好的应用。目前所报道的轴对称偏振激光器大多数都是空间结构的激光器，个别全光纤的结构的轴对称偏振激光器也没有避免空间耦合过程，这样便携性就大打折扣；而且这些激光器对于激发轴对称偏振光束的输入激光功率要求很高；此外，由于空间结构的引入，这些激光器的输出稳定性也不是很好。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题为了克服
技术介绍
中所述缺陷，本专利技术提供一种基于少模光纤光栅的全光纤结构轴对称偏振光束激光器和轴对称偏振激光光束产生方法，便携性和稳定性好，并且由于少模光纤光栅对于模式的选择作用，输出光束的模式纯度较高。本专利技术技术解决方案之一基于少模光纤光栅的全光纤轴对称偏振光束激光器， 包括泵浦源、增益介质、波长选择组件、模式耦合部分及模式选择组件，其中所述泵浦源，为半导体激光器，与波分复用器相连，并向与波分复用器公共端相连的增益介质输入连续激光，激励增益介质工作产生激光；所述增益介质为稀土掺杂光纤，两端分别和波长选择元件及模式耦合部分相连， 在泵浦源激光的激发下发生受激辐射产生激光，其模式为基模；所述波长选择组件，为单模光纤光栅或者宽带反射器件和带通滤波器组合所述单模光纤光栅与波分复用器一端相连；所述的带通滤波器分别和宽带反射器与波分复用器的另一端相连；同时，单模光纤光栅或宽带反射器作为全光纤轴对称偏振光束激光器的一个腔镜；所述单模光纤光栅的反射波长和带通滤波器的组合的透射波长均与少模光纤光栅的基模反射波长相同，以此来控制全光纤轴对称偏振光束激光器的谐振波长与少模光纤光栅的基模反射波长相同；所述模式耦合部分，由稀土掺杂光纤与少模光纤光栅所连接的少模光纤错位熔接构成，或是由稀土掺杂光纤续接的单模光纤与少模光纤光栅所连接的少模光纤错位熔接构成，所述模式耦合部分两端分别与稀土掺杂光纤和模式选择组件相连，将稀土掺杂光纤产生的基模一部分转化为一阶高阶模，另一部分保留为基模，也就是基模光经过该模式耦合部分后变为基模和一阶高阶模的混合模式，所述一阶高阶模式包括径向偏振的TM01模式和角向偏振的TEtll模式；所述模式选择组件，用于选择和调整输出光束的横模特性，它由偏振控制器和少模光纤光栅组成，少模光纤光栅续接的少模光纤穿过偏振控制器与模式耦合部分相连；所述少模光纤是指允许除了基模之外，还允许一阶高阶模式传输的光纤；所述少模光纤光栅是指在对于反射波长为少模光纤上刻写的布拉格光栅，对于少模光纤光栅，一阶高阶模与基模在该少模光纤光栅上的反射波长不同；当激光谐振波长和少模光纤光栅的基模反射波长相同时，由稀土掺杂光纤产生的基模激光每次经过模式耦合部分得到的混合模式中的基模满足反射条件而被反射回腔内作为谐振模式，而一阶高阶模由于不受少模光纤光栅的限制而成为输出模式，少模光纤光栅与波长选择组件共同作用保证输出光束单波长窄线宽特，并通过述偏振控制器挤压和拧转光纤来调节输出光束在径向偏振和角向偏振之间切换。基于少模光纤的全光纤轴对称偏振光束激光光束产生方法，实现如下由泵浦源输入连续激光，激励增益介质工作产生基模激光，从增益介质产生的基模激光每次经过模式耦合部分，一部分被耦合为一阶高阶模式，一部分保留为基模，形成两者的混合模式；所述的模式耦合部分由两段光纤错位熔接构成的，所述一阶高阶模式包括径向偏振的TM01模式和角向偏振的TEtll模式；波长选择组件控制激光器谐振波长处于少模光纤光栅的基模反射波长位置，经过模式耦合部分得到的混合模式中的基模被反射回腔内继续谐振，而一阶高阶模式由于不受少模光纤光栅的限制而全部输出，并且通过调节偏振控制器使出射的光束在径向偏振和角向偏振切换；所述少模光纤光栅是指在对于反射波长为少模光纤上刻写的布拉格光栅，对于少模光纤光栅，一阶高阶模与基模在该少模光纤光栅上的反射波长不同。本专利技术技术解决方案之二 基于少模光纤光栅的全光纤轴对称偏振光束激光器， 包括泵浦源、增益介质、波长选择组件以及模式选择组件，其中所述泵浦源，为半导体激光器，与波分复用器相连，并向与波分复用器公共端相连的增益介质输入连续激光，激励增益介质工作产生激光；所述增益介质，为少模稀土掺杂光纤，所述的少模稀土掺杂光纤是指满足基模和一阶高阶模运转的稀土掺杂光纤；在泵浦激光的激发下发生受激辐射产生激光，在全光纤轴对称偏振光束激光器谐振之前，该激光的模式为基模和一阶高阶模的混合模式，在该全光纤轴对称偏振光束激光器谐振之后，该激光的模式全部为一阶高阶模式，所述一阶高阶模式包括径向偏振的TM01模式和角向偏振的TEtll模式；所述波长选择组件，是可以支持一阶高阶模运转的带通滤波器，带通滤波器两端分别与少模稀土掺杂光纤及模式选择组件相连接，带通滤波器的透射波长和少模光纤光栅的一阶高阶模式反射波长相同，用以控制激光器的谐振波长与少模光纤光栅的一阶高阶模的反射波长相同；所述模式选择组件，由偏振控制器和两个相同少模光纤光栅组成，所述少模光纤光栅是指在对于反射波长为少模光纤上刻写的布拉格光栅；所述第一个少模光纤光栅，一端和波分复用器公共端相连，另一端与少模稀土掺杂光纤相连，作为该全光纤轴对称偏振光束激光器的一个腔镜；第二个少模光纤光栅一端与带通滤波器相连，另一端作为该全光纤轴对称偏振光束激光器的输出腔镜，偏振控制器加载于少模光纤光栅续接的少模光纤上；全光纤轴对称偏振光束激光器的谐振波长被控制在一阶高阶模反射波长位置，每次循环一阶高阶模都被少模光纤光栅大量返回形成反馈增强，而基模被带通滤波器衰减，经过多次循环后，一阶高阶模式占有增益竞争优势，成为全光纤轴对称偏振光束激光器的谐振模式，此时全光纤轴对称偏振光束激光器腔内只存在一阶高阶模，不存在基模，此时由输出腔镜出射的都为一阶高阶模式，并通过偏振控制器挤压和拧转光纤，来调节输出光束在径向偏振和角向偏振之间切换。基于少模光纤的轴对称偏振激光光束产生方法，泵浦源通过波分复用器向增益介质输入连续激光，激励增益介质工作产生基模和一阶高阶模混合模式激光，所述一阶高阶模式包含径向偏振的TMtll模式和角向偏振的TEtll模式；波长选择组件控制激光器谐振波长处于少模光纤光栅的一阶高阶模反射波长位置；在全光纤轴对称偏振光束激光器初始循环中，从增益介质中产生的混合模式激光中的一阶高阶模式被少模光纤光栅返回腔内，基模透射损耗；经过多次循环，一阶高阶模式处于反馈机制中的优势而成为激光器的谐振模式， 整个全光纤轴对称偏振光束激光器腔内谐振的模式为一阶高阶模式，此时从输出腔镜出射的都为一阶高阶模式；并且可以通过调节偏振控制器使出射的光束在径向偏振和角向偏振切换。本专利技术与现有技术相比的优点在于本专利技术中利用少模光纤光栅的波长-横模对应特性，在光纤谐振腔内结合波长选择器件，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙彪，许立新，王安廷，顾春，明海，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：