[发明专利]基于布拉格光栅的可选横模输出激光器及激光输出方法

说明书

本发明公开一种基于布拉格光栅的可选横模输出激光器及激光输出方法。该激光器包括泵浦源、波分复用器、增益介质、偏振控制器、有效横模选择元件、光纤布拉格光栅一、激光输出端，组成有效横模选择元件的结构包括非对称F‑P腔；非对称F‑P腔是由光纤布拉格光栅二和高反射腔镜构成；经光纤布拉格光栅二进入非对称F‑P腔内的光束，由高反射腔镜进行反射；通过改变或选择由光纤布拉格光栅二和高反射腔镜构成的非对称F‑P腔的腔长，控制特定波长的光束经光纤布拉格光栅二从非对称F‑P腔内反射回谐振腔中；通过偏振控制器改变光束偏振态，最后在激光输出端实现对应模式的输出。通过改变或选择腔长以及调节激光偏振态，能够选择包括平顶光束的多种横模的输出。

技术领域

本发明涉及基于布拉格光栅的波长-横模有效选择输出技术，具体涉及一种基于布拉格光栅的可选横模输出激光器及激光输出方法，属于激光领域。

背景技术

光纤激光器以其结构紧凑、输出光束质量好、稳定性高、热管理方便等优势，在通信、遥感、医疗和加工等领域发挥着重要作用。光纤中不同的模式具有特殊的振幅、相位、偏振态、轨道角动量、空间相干性等表征参量。这使得具有不同光场特性的模式在实际应用中具有巨大的潜能。例如：携带轨道角动量的涡旋光场在光学操纵、超分辨成像、提高通信容量等方面有很高的研究价值，偏振态依赖空间分布的矢量光场凭借独特的偏振特性可以实现更好的激光加工效果，具有能量均匀分布的平顶光束在激光微纳加工领域发挥着独特的优势，等等。近年来，随着光纤通信领域模分复用技术的兴起、结构广场和多模非线性效应等新兴学科的快速发展，光纤激光器中的模式调控技术逐渐成为研究热点。因此，寻找能够实现可选横模输出的高质量化的激光器的方案就显得十分重要且有意义。

基于少模光纤光栅的模式选择技术由于其具有波长选择性好、体积小、模间耦合可控等优点，科学家们进行了大量的研究。例如：2011年，J.M.O.Daniel等人利用基于光纤布拉格光栅和体布拉格光栅的反馈元件的不同光谱响应来实现波长相关的模式滤波。2013年，Biao Sun等人利用少模光纤光栅特有的横模-波长关联特性，通过在腔内加入可调谐滤波器调节振荡波长，获得了具有高质量的不同横模输出。2014年，JiangLi Dong等人采用双模光纤光栅(FBG)进行横向模选择，实现了激光器基模(LP01模式)、二阶模(LP11模式)或它们的混合模式下连续输出的锁模光纤激光器。2016年，TONG LIU等人用一对少模光纤布拉格光栅作为有效的横模选择器，可以在特定的横模下输出激光。2019年，XIAO LIANG等人设计了一种基于少模光纤布拉格光栅(FBG)，通过切换对应于自耦合模式或交叉耦合模式的谐振波长来实现选择性横向模式操作的选择性横模工作的光纤激光器。但是，现有的可选横模激光器多为单一高阶横模直接振荡输出，或者只有很少数量的横模可以选择输出。并且，据我们所知，目前还没有一种方案能够实现可选的横模中包括平顶光束。

发明内容

本发明的第一发明目的：针对目前可选横模输出的光纤激光器能够选择输出的横模数量少，并且还没有现有的光纤激光器方案能够实现包括平顶光束的可选横模输出，本发明基于少模布拉格光栅(FBG)的F-P腔选模技术，提出一种可选横模输出激光器。

本发明实现其第一发明目的所采取的技术方案：一种基于布拉格光栅的可选横模输出激光器，包括泵浦源、波分复用器、增益介质、偏振控制器、有效横模选择元件、光纤布拉格光栅一、激光输出端，组成所述有效横模选择元件的结构包括非对称F-P腔；所述非对称F-P腔是由光纤布拉格光栅二和高反射腔镜构成；经光纤布拉格光栅二进入非对称F-P腔内的光束，由高反射腔镜进行反射；通过改变或选择由光纤布拉格光栅二和高反射腔镜构成的非对称F-P腔的腔长，控制特定波长的光束经光纤布拉格光栅二从非对称F-P腔内反射回谐振腔中；通过偏振控制器改变光束偏振态，最后在激光输出端实现对应模式的输出；所述谐振腔的两端腔壁是由光纤布拉格光栅一和光纤布拉格光栅二构成。