[发明专利]利用液芯光纤同时产生和放大空心光束的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及利用液芯光纤同时产生和放大空心光束的方法及装置，属于光学领域。

背景技术

在传播方向上中心光强为零的环状光束称为空心光束，它具有传播不变性、桶状强度分布、暗斑尺寸小、无加热效应等新颖独特的物理性质，在微观粒子的冷却与囚禁、激光加工及生物医学等方面有着广泛的应用。产生空心光束的方法有很多，以往常见的有横模选择法、几何光学法、模式变换法、计算全息法等，这些方法的实验装置一般较为复杂。近年来提出一些更为简洁的方法，如空心光纤法、多模光纤法、光纤模间干涉法及光子晶体光纤耦合器等。空心光纤的耦合效率一般低于50％，激光功率损耗较大。2007年《Chinese Optics Letter》第5卷第8期发表的《Generation of a hollow laser beam by a multimode fiber》提出利用多模光纤产生空心光束，通过调节入射光束和光纤轴线之间的夹角，来改变空心光束的内径。虽然效率较高，但数值孔径较小，这严重限制了入射光束夹角的变化范围，仅为±2.78°，从而限制了空心光束的内径。光纤模间干涉法(专利公开号：CN1834706A)及光子晶体光纤耦合器(专利申请公布号：CN101819326A)分别涉及到多模光纤和单模光纤的耦合以及光子晶体光纤和单模光纤的耦合，在这些光纤耦合过程中，由于存在模式不匹配的问题，激光损耗一般较大，损伤阈值降低。因此，这些方法更适合产生低功率或低能量的空心光束。然而，在一些诸如囚禁自由电子等方面的应用中，需要一种强脉冲激光空心光束来提高囚禁效率。而现有产生空心光束的方法产生效率低、数值孔径较小，且发生装置结构复杂，无法满足要求。

发明内容

本发明目的是为了解决现有产生空心光束的方法产生效率低、数值孔径较小，且发生装置结构复杂，无法满足要求的问题，提供了一种利用液芯光纤同时产生和放大空心光束的方法及装置。

本发明所述利用液芯光纤同时产生和放大空心光束的方法，沿液芯光纤一端入射信号光E_S，沿液芯光纤的另一端入射泵浦光E_P，

所述信号光E_S与液芯光纤的轴线之间的夹角为θ，所述泵浦光E_P与液芯光纤的轴线之间的夹角为α，

所述信号光E_S与泵浦光E_P的频率差为液芯光纤中的芯液材料的布里渊频移，

入射至液芯光纤的信号光E_S与泵浦光E_P相遇并发生布里渊放大，并形成空心光束从液芯光纤的另一端输出。

实现所述利用液芯光纤同时产生和放大空心光束的方法的装置，它包括激光器，1/2波片，偏振分光棱镜，信号光产生系统，全反镜，第一耦合透镜，液芯光纤，第二耦合透镜，第一全反镜和第二全反镜，

激光器发出的P偏振态激光入射至1/2波片，所述P偏振态激光透过1/2波片输出具有P偏振态分量和S偏振态分量的激光，所述具有P偏振态分量和S偏振态分量的激光入射至偏振分光棱镜，偏振分光棱镜反射所述S偏振态分量，偏振分光棱镜透射所述P偏振态分量，

被偏振分光棱镜反射输出的S偏振态分量入射至信号光产生系统，形成具有Stokes频移的P偏振态信号光，所述具有Stokes频移的P偏振态信号光反向输出入射至偏振分光棱镜，偏振分光棱镜将其透射输出、并由全反镜反射后入射至第一耦合透镜，第一耦合透镜输出耦合后获得的P偏振态信号光作为信号光E_S以入射角θ入射至液芯光纤中；

被偏振分光棱镜透射输出的P偏振分量连接经过第二全反镜和第一全反镜反射后，入射至第二耦合透镜，第二耦合透镜输出耦合后的P偏振态泵浦光作为泵浦光E_P以入射角度α进入液芯光纤中，

入射至液芯光纤的信号光E_S与泵浦光E_P相遇并发生布里渊放大，泵浦光的能量向信号光转移，并形成空心光束从液芯光纤的泵浦光入射端输出。

本发明的优点：

1.利用一根液芯光纤在产生空心光束的同时对其进行高效放大，突破以往激光和光纤耦合效率低、损耗大等限制。

2.充以高折射率芯液材料的液芯光纤数值孔径很大，产生并放大的空心光束内径的调节范围宽。

3.改变液芯光纤的温度或者选择不同混合体积比的混合介质作为液芯光纤的芯液材料，均可对空心光束进行调谐。

4.根据实际应用灵活选择芯液材料，液芯光纤的工作波长范围较宽。

附图说明