一种涡旋光光纤激光器及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种涡旋光光纤激光器及其控制方法。本发明专利技术采用波分复用器、增益光纤、输出光耦合器、第一第二偏振控制器、第二偏振控制器和偏振隔离器构成偏振旋转锁模环形腔，采用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；耦合器的输出端为单模光纤输出基模光；基模光传输至双模光纤；压力型长周期光栅向双模光纤施加压力，从而将基模转换为高阶模LP11；挤压型偏振控制器向双模光纤施加压力，使得由高阶模LP11分解的两个正交分量LP11a和LP11b间产生π/2相位差，从而产生涡旋光；本发明专利技术实现了结构简单的飞秒脉冲涡旋光的输出，并且能够调节涡旋光的拓扑荷的阶数；同时调节环形腔中的偏振控制能使得输出光在连续光和脉冲光之间转换。

【技术实现步骤摘要】
一种涡旋光光纤激光器及其控制方法
本专利技术涉及激光器，具体涉及一种涡旋光光纤激光器及其控制方法。
技术介绍
光纤激光器具有其它传统的激光器所无法比拟的高转换效率、高输出功率、高光束质量、高稳定性、宽带可调性和易小型化、无需制冷、维护简单等特点。偏振旋转锁模结构简单，以两个偏振控制器和一个偏振隔离器作为类可饱和吸收体，易调节，输出脉冲可达飞秒量级。光纤中轨道角动量光即涡旋光的产生一般靠两个传播常数相同的高价矢量模或线偏振模以π/2相位差叠加而成。线偏振高阶模的产生由长周期光栅完成，光纤长周期光栅可以由紫外光刻写，但是一旦成型后周期无法更改。
技术实现思路
针对以上现有技术中存在的问题，本专利技术提出了一种涡旋光光纤激光器及其控制方法。本专利技术的一个目的在于提出一种涡旋光光纤激光器。本专利技术的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LP11a和LP11b之间产生π/2相位差，然后线性叠加从而产生涡旋光。泵浦源采用激光器。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。本专利技术的另一个目的在于提供一种涡旋光光纤激光器的控制方法。本专利技术的涡旋光光纤激光器的控制方法，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LP11a和LP11b之间产生π/2相位差，然后线性叠加从而产生涡旋光。其中，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。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。少模光纤采用双模光纤，控制涡旋光的拓扑荷的阶数为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LP11a和LP11b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LP11a和LP11b间产生负π/2相位差，则涡旋光的拓扑荷为-1。本专利技术的优点：本专利技术采用波分复用器、增益光纤、输出光耦合器、第一第二偏振控制器、第二偏振控制器和偏振隔离器构成偏振旋转锁模环形腔，采用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；耦合器的输出端为单模光纤输出基模光；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LP11a和LP11b间产生π/2相位差，从而产生涡旋光；本专利技术将偏振旋转锁模环形腔与光轨道角动量转换器结合，实现了结构简单的飞秒脉冲涡旋光的输出，并且能够调节涡旋光的拓扑荷的阶数；同时调节环形腔中的偏振控制能使得输出光在连续光和脉冲光之间转换。附图说明图1为本专利技术的涡旋光光纤激光器的一个实施例的光路图；图2为本专利技术的涡旋光光纤激光器的一个实施例的偏振旋转锁模环形腔的输出光的脉冲序列、脉宽测量拟合图；图3(a)～(f)为本专利技术的涡旋光光纤激光器的一个实施例的双模光纤输出的连续光模场以及与参考光的干涉；图4(a)～(f)为本专利技术的涡旋光光纤激光器的一个实施例的双模光纤输出的飞秒脉冲模场以及与参考光的干涉。具体实施方式下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本专利技术。如图1所示，本实施例的涡旋光光纤激光器包括：泵浦源1、波分复用器2、增益光纤3、输出光耦合器4、第一和第二偏振控制器5和7、偏振隔离器6、压力型长周期光栅10、双模光纤9以及挤压型偏振控制器11；其中，泵浦源1通过传输光纤连接至波分复用器2的第一端口；波分复用器2的第二端口通过增益光纤3连接至输出光耦合器4的第一端口；输出光耦合器4的第二端口经传输光纤依次连接第一偏振控制器5、偏振隔离器6和第二偏振控制器7至波分复用器2的第三端口；波分复用器2、增益光纤3、输出光耦合器4、第一偏振控制器5、第二偏振控制器7、偏振隔离器6和输出光耦合器4构成偏振旋转锁模环形腔；输出光耦合器4的第三端口为输出端，采用单模光纤，输出光耦合器4的输出端连接双模光纤9；在双模光纤9外依次设置压力型长周期光栅10和挤压型偏振控制器11，压力型长周期光栅10和挤压型偏振控制器11构成光轨道角动量转换器。在本实施例中，泵浦源1为980nm半导体激光器；增益光纤3为掺饵光纤；耦合输出器为1550nm的1:9耦合输出器；第一和第二偏振控制器5和7为三环偏振控制器。本实施例的涡旋光光纤激光器的控制方法，包括以下步骤：1)泵浦源1发出980nm的泵浦光经波分复本文档来自技高网...

【技术保护点】
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LP11a和LP11b之间产生π/2相位差，然后线性叠加从而产生涡旋光。...

【技术特征摘要】
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LP11a和LP11b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...

【专利技术属性】
技术研发人员：李乙钢，张志明，刘秀英，丁镭，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津,12