一种涡旋光束产生光纤的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种涡旋光束产生光纤的制备方法及其应用，将光纤在放电环境中进行扭转得到旋光束产生光纤，将光纤两端用夹具加持，再光纤侧面设置可以平移电极，设置扭转圈数、扭转速度、电极扫描速度和放电强度的不同参数，可以相应地产生拓扑荷数为

【技术实现步骤摘要】
一种涡旋光束产生光纤的制备方法及其应用


[0001]本专利技术涉及属于光纤
，更具体地，涉及基于新型特种光纤的涡旋光束产生方法及其应用。

技术介绍

[0002]随着大数据时代的到来，光纤通信系统已逐渐向着大容量、高速率的方向发展，传统的单模光纤已经无法满足人们对数据容量和传输速率的迫切需求。近年来，空分复用系统中的模分复用光纤通信技术在提升光纤传输效率方面得到广泛关注，特别是基于光子轨道角动量(Orbital Angular Momentum，OAM)的涡旋光束模分复用的方法。该方法将涡旋光束具有无限拓扑荷数与各模式之间满足正交性的特点结合，以实现大规模复用与通信扩容，对极大提升光纤通信的传输容量具有非常重要和深远的意义。特别地，涡旋光光源已成为光通信中必不可少的组成部分。然而，现在已有的基于全光纤结构的涡旋光激光器有两种形式：第一，单模光纤激光腔与腔外OAM模式转换器组成；第二，腔内矢量模式振荡与腔外偏振态调谐产生OAM。在此，我们提出一种腔内涡旋光振荡的光纤激光器。
[0003]传统的涡旋光束产生方法主要分为基于空间产生和基于光纤产生两大类。其中，基于空间产生的方法主要包括空间光调制器、螺旋相位板、Q板等；基于光纤产生的方法主要包括光纤光栅、错位熔接、模式转换耦合器等。此前，在申请公开号为CN109100827A的专利中设计并专利技术了一种涡旋保持光纤；在专利号为ZL201810768355.3的专利中阐释了利用模式选择耦合器产生涡旋光束的方法；在申请公开号为CN113178769A的专利中提出了一种高阶涡旋模式的宽谱光源；现有技术中产生漩涡光束的方法都比较复杂。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，我们利用的是一种更加简单易实现的方法，将有源光纤进行扭转，从而可以在传输光纤中直接产生涡旋光束；进一步，利用扭转的有源光纤可以实现腔内涡旋光振荡的激光器、涡旋光宽谱光源以及涡旋光放大器等，该全光纤型结构具有损耗低、串扰小、制作简易、集成性高、成本低等优点。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种涡旋光束产生光纤的制备方法，将光纤在放电环境中进行扭转得到旋光束产生光纤。将光纤两端用夹具加持，再光纤侧面设置可以平移电极，设置扭转圈数、扭转速度、电极扫描速度和放电强度的不同参数，可以相应地产生拓扑荷数为
±
l的涡旋光束，l＝1,2,
…
10。
[0007]一种涡旋光束环形腔激光器，上述方法制备得到扭转后的有源光纤13，由波分复用器12、扭转后的有源光纤13、无源光纤14、隔离器15、分光耦合器16和检滤波选频装置18依次连结组成环形结构，泵浦源11接入波分复用器12的输入端，分光耦合器16的输出端接有检测装置17。
[0008]一种涡旋光束线形腔激光器，采用方法制备得到扭转后的有源光纤13，由检测装
置17、隔离器15、低反反射镜110、无源光纤14、波分复用器12、扭转后的有源光纤13和高反反射镜19依次连接组成线形结构，泵浦源11接入波分复用器12的输入端。
[0009]一种涡旋光束宽谱光源，采用上述方法制备得到扭转后的有源光纤13，该光源为双程前向结构，由泵浦源11、波分复用器12、扭转后的有源光纤13和检测装置17按顺序线性连接，波分复用器12的输入端连接反射镜31。
[0010]一种涡旋光束放大器，该放大器为前向泵浦结构，由泵浦源11、波分复用器12、扭转后的有源光纤13和检测装置17按顺序线性连接，波分复用器12的输入端连接信号源41。
[0011]有源光纤13和无源光纤14的结构类型包括：阶跃或渐变型少模光纤，阶跃或渐变型多模光纤，环芯光纤，空芯光纤，光子晶体光纤，少模保偏光纤，旋转光纤。
[0012]有源光纤13中掺杂有铽、铈、铒、镱、铥、钕、镨、钬、铋、铅、PbS、PbSe中的一种或多种。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的优点如下：
[0014]本专利技术通过对光纤进行扭转直接产生涡旋光束，可以作为涡旋光的转换器件，并且能够通过合理控制扭转的参数来控制不同拓扑荷数涡旋光束的输出，损耗小、效率高、操作简便、易实现、易于产业化生产，且适用于远距离传输系统。
[0015]本专利技术通过对有源光纤进行扭转制作出涡旋光束激光器，该激光器具有输出功率高、边模抑制比大、激光稳定性好、线宽窄等优点。根据光纤中掺杂元素的不同，可以实现覆盖可见光、O、E、S、C、L、U以及中红外波段的涡旋光激光输出。该激光器可用于光空分复用系统、光纤传感等领域。
[0016]本专利技术通过对有源光纤进行扭转制作出涡旋光束宽谱光源，该光源具有输出功率高，光谱宽度宽，波长稳定，寿命长，易于光纤耦合等优点。根据光纤中掺杂元素的不同，输出光谱可以实现覆盖可见光、O、E、S、C、L、U以及中红外波段。该光源适用于光通信中的模分复用和空分多路复用系统，并且可以应用于高精度的图像处理技术及光纤传感器中。
[0017]本专利技术通过对有源光纤进行扭转制作出涡旋光束放大器，该放大器具有增益高、噪声系数小、模间增益差小等优点。根据光纤中掺杂元素的不同，可以实现覆盖可见光、O、E、S、C、L、U以及中红外波段的涡旋光放大。该放大器可用于长距离光纤通信、模分复用系统中对光信号进行放大。
[0018]本专利技术采用了全光纤的系统结构，结构简单、成本低且易于集成，所涉及的涡旋光束光器件具有良好的推广使用价值。。
附图说明
图1是本专利技术的涡旋光束环形腔激光器的结构图。图2是本专利技术的涡旋光束线形腔激光器的结构图。图3是本专利技术的扭转装置的结构图。图4是本专利技术的涡旋光束宽谱光源产生的结构图。图5是本专利技术的涡旋光束放大器的结构图。图6是本专利技术的涡旋光束环形腔激光器在1533.35nm处输出的模式光斑及干涉图。图7是涡旋光束环形腔激光器在1533.35nm处输出的激光光谱图。图8是本专利技术的波长可调谐的涡旋光束环形腔激光器输出激光光谱图。
图9是本专利技术的有源光纤扭转的模型图。图10是利用扭转有源光纤产生一阶涡旋光束的模式光斑及干涉图。图11是本专利技术的涡旋光束放大器在1550nm输出的模式光斑及干涉图。图12是涡旋光束放大器相对应在1550nm处放大前后的光谱图。图中：11
‑
泵浦源，12
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波分复用器，13
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有源光纤，14
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无源涡旋保持光纤，15
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隔离器，16
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分光耦合器，17
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检测装置，18
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滤波选频装置，19
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高反反射镜，110
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低反反射镜；21
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保偏光纤熔接机，22
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光纤旋转夹具，23
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光纤旋转夹具，24
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电极，25
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待扭转光纤；31
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反射镜；41
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种涡旋光束产生光纤的制备方法，其特征在于：将光纤在放电环境中进行扭转得到旋光束产生光纤。2.根据权利要求1所述涡旋光束产生光纤的制备方法，其特征在于：将光纤两端用夹具加持，再光纤侧面设置可以平移电极，设置扭转圈数、扭转速度、电极扫描速度和放电强度的不同参数，可以相应地产生拓扑荷数为
±
l的涡旋光束，l＝1,2,
…
10。3.一种涡旋光束环形腔激光器，其特征在于：采用权利要求1或2的方法制备得到扭转后的有源光纤(13)，由波分复用器(12)、扭转后的有源光纤(13)、无源光纤(14)、隔离器(15)、分光耦合器(16)和检滤波选频装置(18)依次连结组成环形结构，泵浦源(11)接入波分复用器(12)的输入端，分光耦合器(16)的输出端接有检测装置(17)。4.一种涡旋光束线形腔激光器，其特征在于：采用权利要求1或2的方法制备得到扭转后的有源光纤(13)，由检测装置(17)、隔离器(15)、低反反射镜(110)、无源光纤(14)、波分复用器(12)、扭转后的有源光纤(13)和高反反射镜(19)依次连接组成线形结...

【专利技术属性】
技术研发人员：文建湘，吴妍，张梦迪，王廷云，庞拂飞，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：