[发明专利]一种偏振稳定的光纤激光级联放大器

说明书

[技术领域]

本发明涉及一种偏振稳定的光纤激光级联放大器。

[背景技术]

光纤激光器与其它仪器耦合方便，可以方便的获得高功率，获得了学术界和工业界的广泛关注。任意偏振状态的激光光波均可以看成是两个完全正交的偏振模构成的，当它通过理想的轴对称光纤中传输时，偏振态保持不变，但是由于光纤制造工艺以及应力、温度等因素，光纤中存在双折射现象，两个不同方向的正交偏振模式会发生模式耦合，这样引入了输出光偏振状态的不稳定。

输出光偏振状态稳定的光纤激光在光纤陀螺、光纤传感、非线性变频、超连续谱展宽、相干光束组合、光学相干层析成像等领域有重要应用。

例如，光子晶体光纤在进行超连续谱展宽的时候，对偏振态很敏感，展宽的光谱成分受控于输入光的偏振态。这样严重影响产生的白光光源的质量。普遍采用的解决方法是采用保偏的光子晶体光纤作为放大光纤，来保持放大过程中的偏振状态恒定。但是在这种方法中，光子晶体光纤价格昂贵，切割难度大，断面容易受到灰尘影响、对环境要求较高。保偏光子晶体光纤还需要进行空间耦合，并且耦合效率低。另外一种普遍采用的方法是采用普通非保偏光纤进行放大，并使用起偏器输出线偏振光。但是由于放大光纤的双折射效应，放大过程中会引入激光偏振态的抖动。根据马吕斯定律，当进入起偏器的激光偏振态发生改变的时候，输出激光的功率就会变化，造成输出激光功率的抖动。这时可以采用反馈控制的方法来稳定光纤，通过检测输出激光的功率反馈控制入射激光的偏振角度，这样来保证输出激光的功率稳定。但是这种方法的缺点是反馈的带宽有限，如果放大过程中偏振扰动较大，那么就很难达到良好的功率稳定效果。

因此有必要解决上述问题。

[发明内容]

本发明克服了上述技术的不足，提供了一种偏振稳定的光纤激光级联放大器，通过在各级放大之间加入偏振分束器以及90度的法拉第旋光反射镜。在光学中，可以以琼斯运算来描述偏振的现象。偏振光的状态以琼斯向量表示，而其他线性的光学元件则以琼斯矩阵表示，当偏振光通过偏振片或是玻片时，把原来偏振状态的琼斯向量乘以光学元件的琼斯矩阵，即可运算出新的偏振态。例如偏振方向平行于x轴的线偏振光可以表示为10,]]>右旋圆偏振光可以表示为121-i,]]>偏振方向平行于y轴的线偏振光可以表示为01,]]>穿透方向平行于x轴的线偏振片的琼斯矩阵为1000,]]>快轴（在晶体的界面上，与光轴平行的方向称为快轴）在y轴的1/4玻片的琼斯矩阵100-i.]]>平行于x轴的线偏振光通过快轴在y轴的1/4玻片后的偏振状态为101-i.121-i=121-1,]]>即偏振方向与x轴成-45度的线偏振光。对于本发明所述的光纤激光放大器，根据琼斯矩阵的计算，当只考虑光纤的圆双折射、线性双折射和温度、震动、电光效应引起的互易双折射，忽略非线性效应时，传输光纤和法拉第旋光镜的和作用琼斯矩阵为0-110,]]>这样当激光经过光纤增益并通过法拉第旋光镜旋转反射回来，经过原光纤出射时，激光偏振态旋转90度，并且抵消掉了光纤中引入的原双折射和线性双折射和环境引起的互易双折射。放大器就可以保证只有一种偏振态的激光被放大，光纤初次引入的偏振抖动可以被补偿掉，并且通过偏振分束器以与入射光呈90度方向输出进入下一级。这样保证了激光在放大过程中始终保持线偏振态进行放大和输出，这样减少了放大过程中引入的偏振抖动，这样再通过反馈控制来稳定脉冲输出能量时，就可以获得更好的稳定效果。这种结构的激光器可以直接获得偏振稳定的高功率激光激光器，也可以通过光子晶体光纤展宽获得稳定的白光光源，可以作为白光武器，用于生物相干层析成像、非线性频率转换、光纤陀螺、光学相干层析成像。