[发明专利]一种涡旋光光纤激光器及其控制方法

权利要求书

1.一种涡旋光光纤激光器，其特征在于，所述涡旋光光纤激光器包括：泵浦源、波分复用器、增益光纤、输出光耦合器、第一和第二偏振控制器、偏振隔离器、少模光纤、压力型长周期光栅以及挤压型偏振控制器；其中，泵浦源通过单模光纤连接至波分复用器的第一端口；波分复用器的第二端口通过增益光纤连接至输出光耦合器的第一端口；输出光耦合器的第二端口经单模光纤依次连接第一偏振控制器、偏振隔离器和第二偏振控制器至波分复用器的第三端口；波分复用器、增益光纤、输出光耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、偏振隔离器和输出光耦合器构成偏振旋转锁模环形腔；输出光耦合器的第三端口为输出端，采用单模光纤，输出光耦合器的输出端连接少模光纤；少模光纤依次穿过压力型长周期光栅和挤压型偏振控制器，压力型长周期光栅和挤压型偏振控制器构成光轨道角动量转换器；泵浦源发出泵浦光经波分复用器进入增益光纤，激发增益光纤中的增益介质产生自发辐射光，经过输出光耦合器和第一偏振控制器，进入偏振隔离器，变成线偏振光；再经过第二偏振控制器变成椭圆偏振光，经波分复用器继续在偏振旋转锁模环形腔循环，由于自相位调制和交叉相位调制产生非线性相移，导致椭圆偏振光的长轴旋转，旋转的角度与光的强度有关，由第一偏振控制器选择把强度最强的光的偏振态转变成线偏振，并且偏振方向与偏振隔离器的透振方向相同，从而使得强度最强的光通过偏振隔离器，第一偏振控制器、偏振隔离器和第二偏振控制器形成类可饱和吸收体使得激光器锁模出现脉冲；耦合器的输出端为单模光纤，只输出基模光；基模光传输至少模光纤；压力型长周期光栅向少模光纤施加压力，从而将基模转换为高阶模LP₁₁；挤压型偏振控制器向少模光纤施加压力，使得由高阶模LP₁₁分解的两个正交分量LP_11a和LP_11b之间产生π/2相位差，然后线性叠加从而产生涡旋光。

2.如权利要求1所述的涡旋光光纤激光器，其特征在于，所述泵浦源采用激光器。

3.如权利要求1所述的涡旋光光纤激光器，其特征在于，所述增益光纤中掺杂物质为掺饵、掺镱、掺铥、掺铋和掺钕中的一种或多种的组合。

4.一种如权利要求1所述的涡旋光光纤激光器的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步骤：

1)泵浦源发出泵浦光经波分复用器进入增益光纤，激发增益光纤中的增益介质产生自发辐射光，经过输出光耦合器和第一偏振控制器，进入偏振隔离器，变成线偏振光；再经过第二偏振控制器变成椭圆偏振光，经波分复用器继续在偏振旋转锁模环形腔循环，由于自相位调制和交叉相位调制产生非线性相移，导致椭圆偏振光的长轴旋转，旋转的角度与光的强度有关，由第一偏振控制器选择把强度最强的光的偏振态转变成线偏振，并且偏振方向与偏振隔离器的透振方向相同，从而使得强度最强的光通过偏振隔离器，第一偏振控制器、偏振隔离器和第二偏振控制器形成类可饱和吸收体使得激光器锁模出现脉冲；

2)耦合器的输出端只输出基模光，基模光传输至少模光纤；

3)压力型长周期光栅向少模光纤施加压力，从而将基模转换为高阶模LP₁₁模；

4)挤压型偏振控制器向少模光纤施加压力，压力大小与相位差成正相关，使得由高阶模LP₁₁分解的正交的LP_11a和LP_11b之间产生π/2相位差，然后线性叠加从而产生涡旋光。

5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，在步骤1)中，通过调节第一和第二偏振控制器，控制在偏振旋转锁模环形腔中产生脉冲光或连续光；若偏振旋转锁模环形腔实现锁模则输出脉冲光，若偏振旋转锁模环形腔不锁模则输出连续光。

6.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，在步骤3和4)中，通过控制压力型长周期光栅和挤压型偏振控制器，调节涡旋光的拓扑荷的阶数。

7.如权利要求6所述的控制方法，其特征在于，少模光纤采用双模光纤，通过控制压力型长周期光栅和挤压型偏振控制器，使得涡旋光的拓扑荷为0，+1或-1；如果压力型长周期光栅不施加力，则涡旋光的拓扑荷为0；如果压力型长周期光栅施加力同时挤压型偏振控制器施加的力使得高阶模LP₁₁分解的两个正交分量LP_11a和LP_11b间产生正π/2相位差，则涡旋光的拓扑荷为1；如果压力型长周期光栅施加力同时挤压型偏振控制器施加的力使得由高阶模LP₁₁分解的两个正交分量LP_11a和LP_11b间产生负π/2相位差，则涡旋光的拓扑荷为-1。