一种基于光纤熔融模式转换器的角向/径向偏振可切换柱矢量光束主动调Q光纤激光器制造技术

本发明专利技术揭示了一种基于光纤熔融模式转换器的角向/径向偏振可切换柱矢量光束主动调Q光纤激光器，该光纤激光器包括泵浦源、波分复用器、增益光纤、第一光纤偏振控制器、光纤熔融模式转换器、第二光纤偏振控制器和光隔离器，各个器件之间通过光纤耦合的方式构成一个光纤谐振腔，泵浦源经波分复用器与增益光纤的输入端相连，增益光纤的输出端依次连接第一光纤偏振控制器、光纤熔融模式转换器和光隔离器，光纤熔融模式转换器的少模光纤输出端口连接有第二光纤偏振控制器。该光纤激光器通过主动调Q技术控制谐振腔的损耗以及腔内的激光振荡的建立，实现激光脉宽压缩，具有更高的脉冲运转灵活性，其脉冲输出能量、重复频率、脉宽均可以灵活调谐。

【技术实现步骤摘要】
一种基于光纤熔融模式转换器的角向/径向偏振可切换柱矢量光束主动调Q光纤激光器
本专利技术涉及一种基于光纤熔融模式转换器的角向/径向偏振可切换柱矢量光束主动调Q光纤激光器，属于光纤激光器

技术介绍
柱矢量光束(CylindricalVectorBeam，CVB)激光由于在振幅和偏振上独特的对称性，成为空间调制结构光束的重要一支，在高分辨率光学测试、表面等离子体激发、粒子物理、材料加工、光镊等研究领域中具有潜在的应用前景。目前，获得柱矢量光束主要通过空间光调制器、纳米结构全息图和等离子体等空间元件。相比于全光纤方法，这些器件结构紧凑度不高、插损相对较大。近来，光纤激光器因其全光纤、高效率、波长灵活等特性，成为光纤通信和光纤传感应用备受青睐的光源。为了实现光纤激光器的柱矢量光束的输出，人们提出在光纤激光器谐振腔内采用单模光纤—二模光纤错位耦合结合少模光栅横向选模的方法，实现基模的抑制和高阶模选模输出。这种全光纤方法的最大问题在于光纤错位耦合方法将引入较大的插入损耗，降低了光纤激光器的稳定性和效率。因此，仍然需要研究并实现一种光纤激光器的损耗低、效率高的全光纤柱矢量光束选模方法。此外，相比于连续光运转光纤激光器，脉冲光纤激光器在时域特性方面灵活性更高，尤其适用于对于激光器输出具有时变特性要求的光纤通信和光纤传感系统。而目前，结合柱矢量光束与脉冲运行的光纤激光器主要包括被动调Q、被动锁模等方法，其峰值功率和脉冲可调谐性能仍然受到限制。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术在实现脉冲CVB激光存在损耗大、效率低、稳定性不高、峰值功率和脉冲可调谐性能受到限制等缺点，提出了一种基于光纤熔融模式转换器的角向/径向偏振可切换柱矢量光束主动调Q光纤激光器。本专利技术的目的将通过以下技术方案得以实现：一种基于光纤熔融模式转换器的角向/径向偏振可切换柱矢量光束主动调Q光纤激光器，包括泵浦源、波分复用器、增益光纤、第一光纤偏振控制器、光纤熔融模式转换器、第二光纤偏振控制器和光隔离器，各个器件之间通过光纤耦合的方式构成一个光纤谐振腔，所述泵浦源经波分复用器与增益光纤的输入端相连，增益光纤的输出端依次连接第一光纤偏振控制器、光纤熔融模式转换器和光隔离器，所述光纤熔融模式转换器的少模光纤输出端口连接有第二光纤偏振控制器。优选地，在所述增益光纤和第一光纤偏振控制器之间设置有主动调Q光开关，所述主动调Q光开关的输入端与增益光纤的输出端连接，主动调Q光开关的输输出端与第一光纤偏振控制器的输入端连接。优选地，所述主动调Q光开关为电光或声光调制器。优选地，所述泵浦源为半导体激光器。优选地，所述光纤熔融模式转换器采用少模光纤和单模光纤熔融耦合的方式制备，制备得到的光纤熔融模式转换器实现光纤激光器谐振腔内横向模式转换和模式分离，实现少模光纤中的高阶模式与单模光纤中的基模的相位匹配和模式转换，获得高纯度的高阶模式以形成振幅和偏振对称的柱矢量激光光束。优选地，将泵浦源波长附近的宽带激光源从光纤熔融模式转换器的单模光纤端口输入，在少模光纤端口通过电荷耦合探测器测得相应的光斑图像。优选地，所述少模光纤输出端的LP11高阶模具有较高的模式纯度。优选地，同时调整光纤激光器谐振腔内的第一光纤偏振控制器和第二光纤偏振控制器，实现柱矢量激光光束在径向偏振态和角向偏振态之间进行切换。优选地，所述增益光纤为掺镱光纤，所述掺镱光纤对应于1μm波段。本专利技术技术方案的优点主要体现在：本专利技术脉冲光纤激光器通过主动调Q技术控制谐振腔的损耗以及腔内的激光振荡的建立，实现激光脉宽压缩，相比于其他脉冲调制技术，具有更高的脉冲运转灵活性，其脉冲输出能量、重复频率、脉宽均可以灵活调谐。本专利技术脉冲光纤激光器采用光纤熔融模式转换器作为横向模式选择器和模式分离器，以全光纤的方式获得具有高纯度柱矢量激光输出，降低了损耗，提高了激光器输出效率以及稳定性。本专利技术获得的角向/径向偏振可切换柱矢量光束是通过调整光纤激光器谐振腔内的光纤偏振控制器，能够实现径向和角向偏振激光光输出的灵活切换，并且模式输出纯度较高。本专利技术光纤激光器采用全光纤器件搭建并实现稳定脉冲输出，克服被动调Q方法输出的激光脉冲稳定性不强、参数抖动幅度较大等不足，获得模式纯度高、峰值功率高、稳定性高，并且脉冲能量、脉宽和重复频率灵活可控等特性。附图说明图1为本专利技术的脉冲光纤激光器的结构示意图。图2为本专利技术的光纤熔融模式转换器的结构示意图。图3为本专利技术实验获得的不同激光波长在光纤熔融模式转换器二模光纤(Twomodefiber，TMF)输出端利用CCD测试得到的LP11模斑图。图4为实验测得的本专利技术在TTL信号驱动光开关下获得的稳定的调Q激光脉冲序列图(上)以及单个无分裂高斯脉冲时域图(下)。图5为本专利技术光谱仪测得的调Q激光光谱图。图6为当光开关重复频率控制在30Hz时，激光器输出脉冲宽度和峰值功率随泵浦功率增加的变化规律图。图7为当泵浦功率控制在150mW时，激光器输出脉冲宽度和峰值功率随重复频率增加的变化规律图。图8为本专利技术的柱矢量激光输出通过线性偏振片后，利用CCD测试获得的径向和角向偏振光的模斑图。具体实施方式本专利技术的目的、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专利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，均落在本专利技术要求保护的范围之内。本专利技术揭示了一种基于光纤熔融模式转换器的角向/径向偏振可切换柱矢量光束主动调Q光纤激光器，如图1所示，该光纤激光器包括泵浦源1、波分复用器2、增益光纤3、第一光纤偏振控制器4、光纤熔融模式转换器5、第二光纤偏振控制器6和光隔离器7，各个器件之间通过光纤耦合的方式依次相互连接构成一个光纤谐振腔，所述泵浦源为半导体激光器，所述增益光纤为掺镱光纤，所述掺镱光纤对应于1μm波段。所述泵浦源经波分复用器与增益光纤的输入端相连，增益光纤的输出端依次连接第一光纤偏振控制器、光纤熔融模式转换器和光隔离器，所述光纤熔融模式转换器的少模光纤输出端口连接有第二光纤偏振控制器。如图1所示，在所述增益光纤和第一光纤偏振控制器之间设置有主动调Q光开关8，控制谐振腔的损耗以及腔内的激光振荡的建立，获得窄脉冲宽度和高峰值功率的激光输出。所述主动调Q光开关的输入端与增益光纤的输出端连接，主动调Q光开关的输输出端与第一光纤偏振控制器的输入端连接，所述主动调Q光开关为电光或声光调制器。所述光纤熔融模式转换器采用少模光纤和单模光纤熔融耦合的方式制备，制备得到的光纤熔融模式转换器实现光纤激光器谐振腔内横向模式转换和模式分离，实现少模光纤中的高阶模式与单模光纤中的基模的相位匹配和模式转换，获得高纯度的高阶模式以形成振幅和偏振对称的柱矢量激光光束。柱矢量光束在振幅和偏振上具有独特的对称性，可作为空间调制结构光束，获得的主动调Q激光脉冲具有脉宽窄、峰值功率高、能量高、纯度高、稳定性高，并且脉冲能量、脉宽和重复频率灵活可控等特性。将泵浦源波长附近的宽带激光源从光纤熔融模式转换器的单模光纤端口输入，在少模光纤端口通过电荷耦合探测器测得相应的光斑图像。所述少模光纤输出端的LP11高阶模具有较高的模式纯度，通过调整光纤激光器谐振腔内的第一光纤偏振控制器和第二光纤偏振控制器，实现柱矢量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光纤熔融模式转换器的角向/径向偏振可切换柱矢量光束主动调Q光纤激光器，其特征在于：包括泵浦源、波分复用器、增益光纤、第一光纤偏振控制器、光纤熔融模式转换器、第二光纤偏振控制器和光隔离器，各个器件之间通过光纤耦合的方式构成一个光纤谐振腔，所述泵浦源经波分复用器与增益光纤的输入端相连，增益光纤的输出端依次连接第一光纤偏振控制器、光纤熔融模式转换器和光隔离器，所述光纤熔融模式转换器的少模光纤输出端口连接有第二光纤偏振控制器。

【技术特征摘要】
1.一种基于光纤熔融模式转换器的角向/径向偏振可切换柱矢量光束主动调Q光纤激光器，其特征在于：包括泵浦源、波分复用器、增益光纤、第一光纤偏振控制器、光纤熔融模式转换器、第二光纤偏振控制器和光隔离器，各个器件之间通过光纤耦合的方式构成一个光纤谐振腔，所述泵浦源经波分复用器与增益光纤的输入端相连，增益光纤的输出端依次连接第一光纤偏振控制器、光纤熔融模式转换器和光隔离器，所述光纤熔融模式转换器的少模光纤输出端口连接有第二光纤偏振控制器。2.根据权利要求1所述的一种基于光纤熔融模式转换器的角向/径向偏振可切换柱矢量光束主动调Q光纤激光器，其特征在于：在所述增益光纤和第一光纤偏振控制器之间设置有主动调Q光开关，所述主动调Q光开关的输入端与增益光纤的输出端连接，主动调Q光开关的输出端与第一光纤偏振控制器的输入端连接。3.根据权利要求2所述的一种基于光纤熔融模式转换器的角向/径向偏振可切换柱矢量光束主动调Q光纤激光器，其特征在于：所述主动调Q光开关为电光或声光调制器。4.根据权利要求1所述的一种基于光纤熔融模式转换器的角向/径向偏振可切换柱矢量光束主动调Q光纤激光器，其特征在于：所述泵浦源为半导体激光器。5.根据权利要求1所述的一种基于光纤熔融模式转换器的角向/径向偏振可切换柱矢量光束主动调...

【专利技术属性】
技术研发人员：万洪丹，陈彧芳，汪杰，张祖兴，王培源，赵玉浩，陈瑶，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32