[发明专利]一种免调试柱矢量光纤激光器

说明书

技术领域

本发明公开了一种免调试的柱矢量光纤激光器，其特点是不需要偏振控制器来调节偏振态，其谐振腔内是TE₀₁模式的光束发生谐振，由此直接得到TE₀₁模式的连续激光输出。

背景技术

柱矢量光束(CVB)，不同于常规的均匀偏振光，其偏振在光束横截面内呈对称分布，且强度上呈现中心为零的“甜甜圈”。柱矢量光主要包括径向偏振光和角向偏振光，径向偏振光束能作为表面等离子体激发良好的激发光源，这主要基于表面等离子体激发条件和入射光束的偏振关联特性。当入射光束为横磁波(p偏振)时，表面等离子体能够被高效地激发；而径向偏振光束的任意纵向剖面都可认为是p偏振的，等效是一个二维结构的p偏振光束。所以径向偏振光束正入射在金属介质表面时能够以在各个方向满足激发条件，达到高效激发的效果。此外，柱矢量光由于其中心处场强为零，可以作为一个“陷阱”来捕获微粒，从而操控微粒。1970年，Ashkin发明了光镊——一种利用激光光束对物体的辐射压力来进行微粒操控的光学仪器。自此，光镊就被用于捕获和操控微米纳米尺度的颗粒以及活体细胞等，在物理、化学以及生物医学上都发挥了重要作用。另外，柱矢量光还可以应用于光学探针中，基于柱矢量光的近场扫描探针与传统的近场扫描探针相比，其具有更小的分辨极限，而且有效的消除了背景噪声。同时，柱矢量光在激光加工上也具有独特的优势。一般而言，激光光束焦斑尺寸越小其对应的焦深也越小，这就导致切削深度与切削宽度的比率较小。对于矢量光束而言，由于径向偏振和角向偏振光按合适比例叠加时能够在焦点产生平顶型强局域场，其拥有较长的纵向焦深，因此可以有效提升切削深度与切削宽度的比率，提高激光切割效率。

目前产生柱矢量光的方式主要有三种：主动方式、被动方式和光纤方式。其中主动方式和被动方式都是在固体激光器里通过偏振控制装置来调控光束的偏振态从而产生柱矢量光，但其对器件的精密程度和作用范围都要严格的要求，并且存在成本较高的问题，而采用光纤来激发柱矢量光束，其结构简单，成本低廉。目前光纤激光器产生柱矢量光束主要是利用错位点和光纤模式选择耦合器来实现基模到二阶模的能量耦合，但是依旧需要偏振控制器来调控光束的偏振态以获得特定模式的柱矢量光输出，这对于柱矢量光纤激光器的应用是十分不利的。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有柱矢量光纤激光器需要调节偏振态来获得柱矢量光束输出的缺陷，基于新型的光纤模式选择器，设计并制作了一种免调试直接输出柱矢量光的光纤激光器。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种免调试的柱矢量光纤激光器，包括依次连接的泵浦源，波分复用器，输入输出端，增益光纤和光纤模式选择器，通过在激光器谐振腔内加入光纤模式选择器，使得特定模式的光束在腔内发生谐振，由此直接得到柱矢量光束的连续激光输出，泵浦源用于提供能量，波分复用器用于将泵浦光与信号光分离和复合，输入端用于透射泵浦光并反射信号光，增益光纤用于提供增益，产生1064nm波段的光，光纤模式选择器用于衰减光纤中TE01模式以外的模式，输出端用于输出激光。

其中，所述的光纤模式选择器，将一段光纤的中间部分的包层腐蚀至一定厚度，再在其表面镀上一定厚度的金属膜(包括但不限于铝膜、金膜、铜膜和银膜)。

其中，所述的光纤模式选择器，其对于TE₀₁模式损耗最小，而对LP₀₁，LP₁₁的其它模式损耗较大。

其中，所述的激光器的谐振腔为线型腔。

其中，所述的激光器的输入端采用少模光纤光栅。

其中，所述的激光器的增益光纤为掺镱光纤。

其中，所述的光纤模式选择器的制作过程为：首先用剥纤钳剥掉待腐蚀部分光纤的包层，再用聚四氟乙烯胶带包裹光纤其余部分，将其固定于聚四氟乙烯垫片上，放入腐蚀溶液中数小时，再经水浴、烘干，最后在光纤表面镀上金属膜。

本发明与现有技术相比的优点为：

(1)本发明为全光纤结构，结构紧凑稳定。

(2)本发明无须调节偏振态，直接得到柱矢量光束输出。

附图说明

图1为本发明的一种免调试的柱矢量光纤激光器结构示意图。

图2为光纤模式选择器结构示意图。

图3为光纤模式选择器横截面示意图。

图中的附图标记解释为：1-泵浦源，2-波分复用器，3-输入端，4-增益光纤，5-光纤模式选择器，6-输出端，7-纤芯，8-包层，9-金属层。