[发明专利]一种线型腔单一柱矢量模式输出脉冲光纤激光器

说明书

本发明公开了一种线型腔单一柱矢量模式输出脉冲光纤激光器，该激光器包括依次连接的泵浦源(1)，波分复用器(2)，输入光栅(3)，增益光纤(4)，光纤模式过滤器(5)、基于环形芯光纤的可饱和吸收体(6)和输出端(7)，激光器所使用的光纤为环形芯光纤，其具有较高的折射率差，降低了LP11模式间的简并度，有效减少了LP11内矢量模式间的相互耦合，使得TE01模式能够在激光腔内稳定存在，并通过在腔内加入可饱和吸收体，实现稳定的单一柱矢量模式脉冲激光输出。本发明首次提出了产生稳定的单一柱矢量模式脉冲激光的方法，有利于柱矢量脉冲光纤激光器的应用。本发明可以应用于激光加工、显微成像和光存储等领域。

技术领域

本发明涉及脉冲光纤激光器技术领域，具体公开了一种线型腔单一柱矢量模式输出脉冲光纤激光器。

背景技术

柱矢量光束由于其特殊的模场分布和偏振特性，在光镊、粒子加速、显微成像和激光加工等领域有着广泛应用。在激光加工方面，径向偏振光在聚焦后相对于传统圆偏振光束具有更强的纵向电场分量，其金属切割的效率可以提升2倍以上，且切割面具有更大的纵深比，提高了切割的质量和效率。在显微成像方面，基于柱矢量光束的光学探针可以达到原子级别的分辨率，大大提升分辨能力。而脉冲激光由于其脉冲能量高、峰值功率高、作用时间短更能满足实际应用的要求。而目前柱矢量脉冲光纤激光器主要通过错位耦合、模式选择耦合器等方式，将LP01模式耦合到LP11模式，再通过偏振控制器实现特定模式的柱矢量脉冲激光输出。但现有的方式由于LP11模式在普通光纤内简并度高，存在着稳定性差、实用性低的特点，因此限制了柱矢量脉冲光纤激光器的实际应用。

发明内容

解决的技术问题

本发明的目的是为了解决现有柱矢量脉冲光纤激光器稳定性差，实用性低的缺陷，基于自主设计制作的高折射率差的环形芯光纤和光纤模式过滤器，设计了一种线型腔单一柱矢量模式输出脉冲光纤激光器。

技术方案

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种线型腔单一柱矢量模式输出脉冲光纤激光器，包括泵浦源、波分复用器以及输入光栅，所述泵浦源通过尾纤熔接在波分复用器的泵浦端，所述波分复用器的输出端通过尾纤熔接在输入光栅的尾纤上，还包括环形芯光纤、熔接在所述输入光栅另一尾纤端的增益光纤、光纤模式过滤器、可饱和吸收体以及输出光栅，其中所述光纤模式过滤器熔接在增益光纤与可饱和吸收体之间，所述可饱和吸收体的另一尾纤端与输出光栅的其中一个尾纤端熔接，所述输出光栅的另一尾纤端作为激光器的输出端。

通过采用环形芯光纤，降低了LP11模式的简并度，减少了TE01模式与LP11其它模式的相互耦合，使得TE01模式能够在激光腔内稳定存在。

激光器谐振腔内加入了光纤模式过滤器，使得TE01模式在模式竞争中成为优势模，并通过可饱和吸收体产生TE01模式的脉冲激光，最后通过光栅输出。

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，输出光栅用于透射泵浦光并反射信号光，增益光纤用于提供增益，产生信号光，光纤模式过滤器用于衰减光纤中TE01模式以外的模式，可饱和吸收体用于产生脉冲，输出光栅用于输出脉冲激光。

优选的，所述输入光栅采用刻制在环形芯光纤上的光栅，其对1064nm波段的LP11模式的反射率为50％-100％，而对于975nm波段的泵浦光完全透过。

优选的，所述输出光栅采用刻制在环形芯光纤上的光栅，其对LP11模式的反射率为 10％-99％。

其中，所述环形芯光纤的纤芯部分是环形的导模层，导模层内部为低折射率层，导模层外部为包层，所述导模层通过在二氧化硅中掺锗制作而成，所述低折射率层材料为空气或普通二氧化硅，所述包层为纯二氧化硅；所述导模层的折射率与包层折射率之差为0.02-0.04，且所述导模层厚度为1μm-3μm；这一结构可以增大TE01模式与其它模式间的有效折射率差，从而减少模式间的耦合。