[发明专利]一种高效率全光纤柱矢量光束激光器

说明书

技术领域

本发明涉及光纤激光器领域，尤其涉及基于少模长周期光纤光栅的高效率柱矢量光束激光器。

背景技术

与普通的偏振光束不同，柱矢量光是指光束的横截面上的偏振方向具有柱对称分布，且其横向光强分布为环形，一般可分为角向和径向偏振光。

柱矢量光具有的特殊偏振和振幅特性使得它可以应用在很多领域，诸如粒子操控，材料加工，等离子体激发，光存储，超分辨显微成像，光通信等领域。

由于全光纤的柱矢量激光器相比于具有空间耦合结构的柱矢量激光器具有便携好，稳定性好，体积小等特点，得到了广泛研究。但是目前所报道(如：中国专利CN102544999A)的全光纤柱矢量激光器中，多数采用单模光纤和少模光纤的错位熔接耦合来实现基模到一阶模式的转换，模式转换效率效率低(小于百分之二十)；而且由于相位失配带来较大的腔内损耗；同时为了抑制基模光束输出以保证一阶模式的输出纯度而采用了高反射率输出镜，难以达到最优输出耦合比限制了输出功率；以上原因导致输入的泵浦光功率要求较高，更重要的是难以实现高效率的全光纤柱矢量激光输出。此外，错位量需通过手动调整的，难以精准控制，增加了实验的复杂度和不确定性。

发明内容

本发明的目的在于克服背景技术中所描述的不足，提出一种高效率柱矢量光束激光器，具有激光效率高、阈值低、实验方便、结构简单、纯度高、稳定性高、便携性好等特点。

本发明解决其技术问题的技术方案为：

一种高效率全光纤柱矢量光束激光器，其特征在于：包括放大器模块、模式转换模块、偏振控制模块、谐振腔模块，其中：

所述放大器模块，可以为泵浦源、波分复用器和增益介质构成，所述泵浦源为半导体激光二极管与波分复用器的反射端相连，并向与波分复用器的公共端相连的增益介质输入连续激光，用于提供激光产生和放大，所产生的激光为基模；所述的增益介质为掺杂稀土离子光纤；所述放大器模块所用的光纤皆为单模光纤，单模光纤只支持基模传输；所述放大器模块两端分别与谐振腔模块中的全反射镜和模式转换模块相连。

所述的模式转换模块，可以是少模长周期光纤光栅，分别与放大器模块和谐振腔模块中的部分反射镜相连；所述的少模长周期光纤光栅是指在少模光纤上刻写长周期光栅，在满足共振条件时，在共振波长处可以实现从基模到一阶模式的转换，由于制作少模长周期光纤光栅时通常是单向刻写，具有偏振相关特性，由偏振控制模块调整入射基模光束的偏振态就可以选择性的激发径向和角向偏振，且模式转换效率高,插入损耗小；所述的少模光纤为不仅可以支持基模还可以支持一阶模式的光纤。

所述的偏振控制模块，可以是偏振控制器，加在放大器模块和少模长周期光纤光栅中间，用来调整入射到少模长周期光纤光栅上的基模光的偏振态，实现选择性地和可调谐地激发一阶模式；所述一阶模式包含径向和角向偏振光也就是TM₀₁和TE₀₁模式；

所述谐振腔模块，可以由一个全反射镜和部分反射镜构成；所述的全反射镜和部分反射镜可以是宽谱反射或者窄谱反射，实现方法可以是光纤断面镀膜、塞格纳克环、光纤光栅；所述的部分反射镜作为输出腔镜；

其中，由放大器模块产生基模激光并放大，基模激光经过偏振控制器改变偏振态，再入射到少模长周期光纤光栅，在共振波长附近，高效率地和选择性地激发出一阶模式，也就是径向和角向偏振模式；径向和角向偏振模式到达部分反射镜，有一部分输出，一部分反射回腔内，再经过少模长周期光纤光栅耦合回基模，基模经过放大器模块继续放大，再经全反射镜反射回腔内实现完整的激光运转；由于少模长周期光纤光栅具有高模式转换效率和低插入损耗的特性，可以实现角向和径向偏振模式高效率的选择性输出。

其中，在全反射镜和少模长周期光纤光栅之间的激光腔是基模运转，在少模长周期光纤光栅和部分全反射镜之间的激光腔是角向或径向偏振模式运转。

本发明的有益效果主要表现在：

本发明利用少模长周期光纤光栅在共振波长处具有高模式转化效率和低插入损耗特性，通过在激光腔内引入少模长周期光纤光栅实现高效率模式转换，减小腔内损耗，实现柱矢量激光光束的高效率输出。相比于之前所报道的柱矢量激光器，不仅具有全光纤柱矢量激光器的便携性好和稳定性好等特点，且具有实验更加方便、阈值更低、激光斜率效率更高等特点。

附图说明