一种波长可调谐涡旋光纤激光器制造技术

本发明专利技术提供一种波长可调谐涡旋光纤激光器，该激光器从泵浦源发射高斯光束，由波分复用器耦合到激光腔中，光束经非保偏单模掺杂光纤提供增益后，依次经过隔离器

【技术实现步骤摘要】
一种波长可调谐涡旋光纤激光器


[0001]本专利技术涉及激光器
，尤其涉及一种波长可调谐涡旋光纤激光器
。

技术介绍

[0002]涡旋光束
(OAM
光束
)
具有独特的螺旋形波前
、
环形强度分布和携带轨道角动量等特性，在大容量光通信
、
超分辨显微成像和微粒操纵等领域有着广泛的应用前景
。
目前，
OAM
光束的生成已成为光场调控研究的热点
。
常用方法通过螺旋相位板等器件在激光腔外生成
OAM
光束，常常受到传输不稳定和模式纯度较低的限制
。
[0003]光学超构表面是一种亚波长尺寸的新兴人工材料，具有体积小
、
调控自由度大
、
损耗低和易于集成等优势
。
它可以在较宽的波长范围内有效地调节光场的幅值
、
相位和偏振态等自由度，被广泛应用于传感
、
成像
、
光通信和全息等领域
。
最近的研究表明，基于腔内超构表面的涡旋光纤激光器可以实现超过
90
％的
OAM
模式纯度，比腔外利用同一个超构表面所生成的
OAM
光束的模式纯度更高
。
然而，之前的研究仅限于保偏光纤和线性腔型，保偏光纤成本较高，且线性腔结构不够灵活，在一定程度上限制了其实际应用
。
[0004]此外，波长调谐能力是衡量涡旋光激光器的重要指标
。
现有的基于传统模式转换器件的涡旋光纤激光器的调谐范围有限
。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本专利技术实施例提供了一种波长可调谐涡旋光纤激光器，以消除或改善现有技术中波长调谐范围狭窄
、
激光腔结构单一
、
保偏光纤激光器成本高所导致的应用场景受限瓶颈
。
该激光器基于“9”字型的激光腔结构，可适用于不同应用场景，兼具高效
、
高增益和低成本的优势
。
[0006]本专利技术涉及一种波长可调谐涡旋光纤激光器，其特征在于，该激光器包括：
[0007]泵浦源，用于发射特定波长的光束并提供能量；
[0008]波分复用器，通过非保偏单模光纤与所述泵浦源连接，所述波分复用器用于将所述泵浦源发出的光束耦合到激光腔中；
[0009]非保偏单模掺杂光纤，通过非保偏单模光纤与所述波分复用器连接，作为所述激光器的增益介质；
[0010]隔离器，通过非保偏单模光纤与所述非保偏单模掺杂光纤连接，所述隔离器用于控制光束的单向传输；
[0011]可调谐滤波器，通过非保偏单模光纤与所述隔离器连接，所述可调谐滤波器用于调整光束的波长；
[0012]偏振控制器，通过非保偏单模光纤与所述可调谐滤波器连接，所述偏振控制器用于控制光束的偏振方向；
[0013]环形器，所述环形器包括三个端口，在第一端口处通过非保偏单模光纤与所述偏振控制器连接，在第二端口处通过非保偏单模光纤与准直器连接，在第三端口处通过非保
偏单模光纤与所述波分复用器连接，所述环形器用于控制光束的传输方向；
[0014]准直器，所述准直器通过非保偏单模光纤与所述环形器在所述第二端口处连接，所述准直器用于将光纤中的光束与所述激光腔内的自由空间中的光束相耦合；
[0015]偏振分束器，设置在所述激光腔内的自由空间中，用于将经过所述偏振分束器的两束正交偏振的光束分到两个不同的传播方向；
[0016]透镜，设置在所述激光腔内的自由空间中，所述透镜用于将经所述准直器射出的光束聚焦到所述超构表面上，之后再将从所述超构表面反射出的光束变为平行光束；
[0017]超构表面，设置在所述激光腔内的自由空间中，所述准直器耦合到所述激光腔内的自由空间的光束，依次经过所述偏振分束器和所述透镜，到达所述超构表面；所述超构表面接收入射光束，反射出包含第一偏振方向的高斯光束和第二偏振方向的涡旋光束；所述第一偏振方向与所述第二偏振方向相互正交；所述超构表面的结构从上到下依次包括：纳米金属棒阵列
、
绝缘体间隔层和底部金属基板；所述超构表面反射出的涡旋光束为具有轨道角动量且拓扑荷数为整数的光束；
[0018]其中，所述偏振分束器设置在所述准直器和所述透镜之间，所述透镜设置在所述偏振分束器和所述超构表面之间，所述偏振分束器完全透射所述准直器射出的第一偏振方向的高斯光束，所述偏振分束器接收所述超构表面反射出的光束，将其中的所述涡旋光束耦合输出至激光腔外，将其中的所述高斯光束透射并重新耦合回所述准直器中，所述高斯光束通过准直器传输到所述环形器，所述环形器通过所述第三端口将所述高斯光束传输至所述波分复用器
。
[0019]在本专利技术的一些实施例中，所述非保偏单模掺杂光纤为掺镱光纤
。
[0020]在本专利技术的一些实施例中，所述非保偏单模掺杂光纤为掺铒光纤
。
[0021]在本专利技术的一些实施例中，所述纳米金属棒材料为金，所述绝缘体间隔层材料为二氧化硅，所述底部金属基板材料为金
。
[0022]在本专利技术的一些实施例中，所述纳米金属棒材料为银或铝，所述绝缘体间隔层材料为二氧化硅，所述底部金属基板材料为银或铝
。
[0023]在本专利技术的一些实施例中，所述超构表面的结构中，所述纳米金属棒阵列厚度为
20
～
100nm
，所述绝缘体间隔层厚度为
20
～
150nm
，所述底部金属基板厚度为大于
100nm。
[0024]在本专利技术的一些实施例中，所述超构表面的周期小于正入射的光束真空波长与绝缘层折射率的商
。
[0025]在本专利技术的一些实施例中，所述超构表面中纳米金属棒长轴或短轴，与第一偏振方向的方位角呈
45
°
。
[0026]在本专利技术的一些实施例中，所述超构表面中的纳米金属棒阵列被设置为8组，该8组纳米金属棒阵列有四种长和宽的尺寸设置，其中4组纳米金属棒阵列与另外4组纳米金属棒阵列的方位角相差
90
°
，相邻组纳米金属棒阵列单元间的交叉偏振相移增量为
π
/4。
[0027]在本专利技术的一些实施例中，所述泵浦源为
976nm
的连续光，所述波分复用器的工作波长为
976/1030nm
或
976/1550nm。
[0028]本专利技术的有益效果至少是：
[0029]本专利技术提供了一种波长可调谐涡旋光纤激光器，该激光器从泵浦源发射高斯光束，经过波分复用器耦合到激光腔中，再经过非保偏单模掺杂光纤
、
隔离器
、
可调谐滤波器
、
偏振控制器<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种波长可调谐涡旋光纤激光器，其特征在于，该激光器包括：泵浦源，用于发射特定波长的光束并提供能量；波分复用器，通过非保偏单模光纤与所述泵浦源连接，所述波分复用器用于将所述泵浦源发出的光束耦合到激光腔中；非保偏单模掺杂光纤，通过非保偏单模光纤与所述波分复用器连接，作为所述激光器的增益介质；隔离器，通过非保偏单模光纤与所述非保偏单模掺杂光纤连接，所述隔离器用于控制光束的单向传输；可调谐滤波器，通过非保偏单模光纤与所述隔离器连接，所述可调谐滤波器用于调整光束的波长；偏振控制器，通过非保偏单模光纤与所述可调谐滤波器连接，所述偏振控制器用于控制光束的偏振方向；环形器，所述环形器包括三个端口，在第一端口处通过非保偏单模光纤与所述偏振控制器连接，在第二端口处通过非保偏单模光纤与准直器连接，在第三端口处通过非保偏单模光纤与所述波分复用器连接，所述环形器用于控制光束的传输方向；准直器，所述准直器通过非保偏单模光纤与所述环形器在所述第二端口处连接，所述准直器用于将光纤中的光束与所述激光腔内的自由空间中的光束相耦合；偏振分束器，设置在所述激光腔内的自由空间中，用于将经过所述偏振分束器的两束正交偏振的光束分到两个不同的传播方向；透镜，设置在所述激光腔内的自由空间中，所述透镜用于将经所述准直器射出的光束聚焦到所述超构表面上，之后再将从所述超构表面反射出的光束变为平行光束；超构表面，设置在所述激光腔内的自由空间中，所述准直器耦合到所述激光腔内的光束，依次经过所述偏振分束器和所述透镜，到达所述超构表面；所述超构表面接收入射光束，反射出包含第一偏振方向的高斯光束和第二偏振方向的涡旋光束；所述第一偏振方向与所述第二偏振方向相互正交；所述超构表面的结构从上到下依次包括：纳米金属棒阵列
、
绝缘体间隔层和底部金属基板；所述超构表面反射出的涡旋光束为具有轨道角动量且拓扑荷数为整数的光束；其中，所述偏振分束器设置在所述准直器和所述透镜之间，所述透镜设置在所述偏振分束器和所述超构表面之间，所述偏振分束器完全透射所述准直器射出的第一偏振方向的高斯光束，所述偏振分束器接收所述超构表面反射出的光束，将其中的所述涡旋光束耦合输出至激光腔外，将其中的所述高斯光束透射并重新耦合回所述准直器中，所述高斯光束通过准直器传输到所述环形器，所述环形器通过所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：桂丽丽，王传硕，陈浩，梅祥龙，许诣远，徐坤，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：