一种脉冲柱矢量光纤激光器制造技术

本实用新型专利技术揭示了一种脉冲柱矢量光纤激光器，该激光器包括泵浦源、波分复用器、增益光纤、第一偏振控制器、环形器、半导体可饱和吸收镜、第二偏振控制器、模式选择耦合器和第三偏振控制器，各个器件之间通过光纤耦合的方式构成一个光纤谐振腔，波分复用器的输出端依次通过增益光纤、第一偏振控制器和环形器的第一端口相连，环形器的第二端口连接一个半导体可饱和吸收镜，环形器的第三端口依次通过第二偏振控制器、模式选择耦合器与波分复用器的长波长端相连构成环形腔。本实用新型专利技术将半导体可饱和吸收镜和模式选择耦合器结合，在激光器的输出端将得到一个脉冲稳定、模式纯度高和效率高的脉冲柱矢量激光。

A pulsed column vector fiber laser

The utility model discloses a pulse column vector fiber laser, which comprises a pump source, a wavelength division multiplexer, a gain fiber, a first polarization controller, a loop, a semiconductor saturable absorption mirror, a second polarization controller, a mode selection coupler and a third polarization controller, each of which is coupled by a fiber. The output of the WDM is connected by the gain fiber, the first polarization controller and the first port of the ring. The second port of the ring is connected by a semiconductor saturable absorption mirror. The third port of the ring is coupled by the second polarization controller and mode selection in turn. The device is connected to the long wavelength end of the wavelength division multiplexer to form a ring cavity. The utility model combines a semiconductor saturable absorption mirror with a mode selection coupler, and obtains a pulse column vector laser with stable pulse, high mode purity and high efficiency at the output end of the laser.

【技术实现步骤摘要】
一种脉冲柱矢量光纤激光器
本技术涉及一种脉冲柱矢量光纤激光器，可用于激光器

技术介绍
超短脉冲激光在诸多领域有着重要的应用，如激光加工、激光医学手术、强场激光与物质相互作用和激光核聚变等，同时也是应用于WDM/OTDM(波分复用和光时分复用)实现未来大容量高速光纤通信的关键技术之一。柱矢量激光包括角向偏振光和径向偏振光，因为具有对称的偏振特性和强度特性，特别是径向偏振光在高数值孔径下的聚特性，受到越来越多的关注，被广泛应用于材料加工、光镊、光纤传感、表面等离子激发和光纤通信等领域。当超短脉冲激光和柱矢量激光结合形成脉冲柱矢量激光，两种激光的优点结合，应用的领域更加广泛，比如可以作为光纤通信系统理想光源,而且还在光传感、探测诊断、非线性光学、生物医学、军事等众多领域有着广阔的应用前景。锁模光纤激光器作为产生超短脉冲的主要方法之一，一直以来受到广泛的关注，与其他锁模技术相比，利用半导体可饱和吸收镜(SESAM,SemiconductorSaturableAbsorberMirror)实现的全光纤被动锁模激光，无需任何主动器件，结构简单，对腔长变化不敏感，可实现自启动并稳定锁模。柱矢量激光的产生方法主要包括两种：第一种是利用错位的方法产生高阶模，结合少模光栅作为选模单元抑制基模从而产生柱矢量激光。然而，光纤错位的方法具有较大地损耗，降低了柱矢量光纤激光器的斜率。第二种是利用模式选择耦合器作为模式转换和模式分离单元来产生柱矢量激光，相比于利用错位的方法，具有更小的损耗以及更高的柱矢量光纤激光器斜率效率。然而，目前基于模式选择耦合器产生柱矢量激光的局限性在于：(1)产生的脉冲柱矢量激光不稳定且模式纯度不高；(2)通过传统的预拉熔融耦合拉锥的方法制备模式耦合器，其损耗大，工艺复杂；(3)目前利用模式选择耦合器仅能产生连续柱矢量激光，仍然需要在激光器谐振腔内引入脉冲调制技术以获得脉冲柱矢量激光。因此，如何实现一种低损耗、高效率、全光纤和低成本的方法以获得脉冲稳定、模式纯度高、结构紧凑的脉冲柱矢量光纤激光器具有重要意义。
技术实现思路
本技术的目的就是为了解决现有技术中存在的上述问题，提出一种脉冲柱矢量光纤激光器。本技术的目的将通过以下技术方案得以实现：种基于模式选择耦合器的脉冲柱矢量光纤激光器，包括泵浦源、波分复用器、增益光纤、第一偏振控制器、环形器、半导体可饱和吸收镜、第二偏振控制器、模式选择耦合器和第三偏振控制器，各个器件之间通过光纤耦合的方式构成一个光纤谐振腔，所述泵浦源的输出端与波分复用器的短波长端相连，波分复用器的输出端依次通过增益光纤、第一偏振控制器和环形器的第一端口相连，环形器的第二端口连接一个半导体可饱和吸收镜，环形器的第三端口依次通过第二偏振控制器、模式选择耦合器与波分复用器的长波长端相连构成环形腔，第三偏振控制器连接在模式选择耦合器的少模光纤输出端。优选地，在所述环形器和第二偏振控制器之间还设置有耦合器，所述耦合器的第一端口与环形器的第三端口相连，第二端口与第二偏振控制器的一端相连。优选地，所述泵浦源发出的光经过波分复用器耦合进增益光纤，增益光纤将光放大，该连续光通过第一偏振谐振器进入环形器的第一端口，从环形器的第二端口输出至半导体可饱和吸收镜，所述半导体可饱和吸收镜具有可饱和吸收效应将连续光变为脉冲光并反射到激光器谐振腔内，从环形器的第三端口输出，第三端口输出光经第二偏振控制器进入模式选择耦合器，光通过模式选择耦合器时，单模光纤输出端输出LP01模至波分复用器的长波长输入端口，用于在腔内产生谐振，少模光纤输出端口输出LP11模，通过调节第二偏振控制器和第三偏振控制器，实现对模场的偏振态精确控制，在输出端得到呈环状分布的柱矢量激光。优选地，所述第三偏振控制器的后方设置有一准直透镜，所述准直透镜的后方设置有一电荷耦合探测器，所述第三偏振控制器的输出端输出的光经过准直透镜准直后再由电荷耦合探测器测得相应的光斑图像。优选地，当通过调节第一偏振控制器实现锁模操作后，调节模式选择耦合器两边的第二偏振控制器和第三偏振控制器，可以在少模光纤输出端分别得到柱矢量激光中径向偏振光和角向偏振光。优选地，所述增益光纤为掺镱光纤或掺铒光纤，所述掺镱光纤对应于1微米波段，所述掺铒光纤对应于1550微米波段。优选地，利用半导体可饱和吸收镜对光的可饱和吸收效应进行锁模，当调节第一偏振控制器时，在光纤激光器输出端将输出超短脉冲激光。本技术技术方案的优点主要体现在：该光纤激光器的所有器件均采用全光纤耦合方式，结构紧凑，不受外界因素干扰，可连续稳定工作，而且利用半导体可饱和吸收镜对光的可饱和吸收效应进行锁模，可产生一个稳定的脉冲柱矢量激光，而且该光纤激光器使用的模式选择耦合器具有损耗小，模式纯度高，制备简单等优点，使得脉冲柱矢量激光具有更高的模式纯度，更低的损耗和更高的斜率效率。附图说明图1为本技术的一种脉冲柱矢量光纤激光器的结构示意图。图2为本技术模式选择耦合器的结构示意图。图3为本技术单模光纤中的LP01模和二模光纤中的LP11模在1.064μm波长下的模式有效折射率随光纤直径的变化曲线。图4为本技术模式耦合过程仿真图，(a)和(b)为单模光纤中的LP01模与二模光纤中LP11模在耦合区功率周期性交换图,(c)-(f)为单模光纤中的基模向二模光纤中的高阶模转换的动态图。图5为本技术模式选择耦合器的二模光纤输出端的在不同波长下的模场分布，通过CCD测试获得。图6为本技术模式选择耦合器的两个输出端透射光谱。图7为本技术基于模式选择耦合器的脉冲柱矢量光纤激光器的实验结果，(a)为脉冲柱矢量光纤激光器的光谱；(b)为脉冲柱矢量光纤激光器的输出时域波形图。图8为本技术基于模式选择耦合器的脉冲柱矢量光纤激光器的实验测试结果，(a)为脉冲柱矢量光纤激光器的射频频谱；(b)为脉冲柱矢量光纤激光器的输出功率的斜率曲线。图9为本技术CCD探测获得的柱矢量激光模斑图以及加起偏器后的激光模斑图；其中，(a)为角向偏振光模斑，呈环状分布，(b)、(c)、(d)、(e)均为角向偏振激光输出加入偏振片并改变偏振片光轴方向后获得的偏振光场分布，(f)为径向偏振光模斑，光场呈环状分布，(g)、(h)、(i)、(j)均为径向偏振激光加入偏振片并改变偏振片光轴方向后获得的偏振光场分布。具体实施方式本技术的目的、优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释。这些实施例仅是应用本技术技术方案的典型范例，凡采取等同替换或者等效变换而形成的技术方案，均落在本技术要求保护的范围之内。本技术揭示了一种脉冲柱矢量光纤激光器，如图1所示，包括泵浦源1、波分复用器2、增益光纤3、第一偏振控制器4、环形器5、半导体可饱和吸收镜6、第二偏振控制器7、模式选择耦合器8和第三偏振控制器9，各个器件之间通过光纤耦合的方式构成一个光纤谐振腔。所述泵浦源的输出端与波分复用器的短波长端相连，波分复用器的输出端依次通过增益光纤、第一偏振控制器和环形器的第一端口51相连，环形器的第二端口52连接一个半导体可饱和吸收镜，环形器的第三端口53依次通过第二偏振控制器、模式选择耦合器与波分复用器的长波长端相本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模式选择耦合器的脉冲柱矢量光纤激光器，其特征在于：包括泵浦源、波分复用器、增益光纤、第一偏振控制器、环形器、半导体可饱和吸收镜、第二偏振控制器、模式选择耦合器和第三偏振控制器，各个器件之间通过光纤耦合的方式构成一个光纤谐振腔，所述泵浦源的输出端与波分复用器的短波长端相连，波分复用器的输出端依次通过增益光纤、第一偏振控制器和环形器的第一端口相连，环形器的第二端口连接一个半导体可饱和吸收镜，环形器的第三端口依次通过第二偏振控制器、模式选择耦合器与波分复用器的长波长端相连构成环形腔，第三偏振控制器连接在模式选择耦合器的少模光纤输出端。

【技术特征摘要】
1.一种基于模式选择耦合器的脉冲柱矢量光纤激光器，其特征在于：包括泵浦源、波分复用器、增益光纤、第一偏振控制器、环形器、半导体可饱和吸收镜、第二偏振控制器、模式选择耦合器和第三偏振控制器，各个器件之间通过光纤耦合的方式构成一个光纤谐振腔，所述泵浦源的输出端与波分复用器的短波长端相连，波分复用器的输出端依次通过增益光纤、第一偏振控制器和环形器的第一端口相连，环形器的第二端口连接一个半导体可饱和吸收镜，环形器的第三端口依次通过第二偏振控制器、模式选择耦合器与波分复用器的长波长端相连构成环形腔，第三偏振控制器连接在模式选择耦合器的少模光纤输出端。2.根据权利要求1所述的一种基于模式选择耦合器的脉冲柱矢量光纤激光器，其特征在于：在所述环形器和第二偏振控制器之间还设置有耦合器，所述耦合器的第一端口与环形器的第三端口相连，第二端口与第二偏振控制器的一端相连。3.根据权利要求1所述的一种基于模式选择耦合器的脉冲柱矢量光纤激光器，其特征在于：所述泵浦源发出的光经过波分复用器耦合进增益光纤，增益光纤将光放大，该连续光通过第一偏振谐振器进入环形器的第一端口，从环形器的第二端口输出至半导体可饱和吸收镜，所述半导体可饱和吸收镜具有可饱和吸收效...

【专利技术属性】
技术研发人员：阮田甜，万洪丹，汪杰，姜生涛，张祖兴，
申请(专利权)人：南京邮电大学，南京邮电大学南通研究院有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏,32