基于模式转换耦合的光学漩涡光纤激光器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于模式转换耦合的光学漩涡光纤激光器，其结构采用依次熔接的980nm泵浦源、980/1550nm波分复用器、掺铒光纤、耦合比为10:90的1*2光纤耦合器、偏振控制器、偏振相关隔离器、偏振控制器、单模光纤?少模光纤耦合器；所述980nm泵浦源和所述980/1550nm波分复用器的端口a（输出90%）相熔接，所述1*2光纤耦合器的端口f和单模光纤?少模光纤耦合器的端口j（输出10%）为激光输出端口，同时对端口j施加适当压力，并调节光纤激光器腔内的偏振控制器，可以使激光以光学漩涡锁模脉冲的形式输出。将所述单模光纤?少模光纤耦合器插入激光器腔内作为光学漩涡产生和输出器件，使得该光学漩涡光纤激光器结构简单紧凑、稳定性高等特点。
【专利说明】
基于模式转换耦合的光学漩涡光纤激光器
技术领域
[0001]本发明属于光学漩涡和锁模光纤激光器领域，具体涉及一种基于模式转换耦合的光学漩祸光纤激光器。
【背景技术】
[0002]超短脉冲激光技术是近代最为前沿的技术之一，超短脉冲具有持续时间特别短，瞬时功率非常高的特点，在微加工、生物医学成像、光学相干层析等研究领域等方面具有十分重要的应用。其技术发展主要经历了主动锁模、被动锁模、同步栗浦锁模等。在激光器领域，由于主动锁模成本高、集成难，结构简单紧凑的被动锁模光纤激光器产生超短脉冲越来越受到关注。
[0003]光学漩涡是场分布带有螺旋相位项的一种光束，它具有场分布是环形结构，带有轨道角动量和螺旋相位奇点的特点。它的这些性质使得它在大规模波分复用通信、光学镊子、高分辨率成像等领域具有广泛的应用前景。但是，它的这些应用前景使得对光学漩涡的输出峰值功率、稳定性、带宽等方面提出了更高的要求，而被动锁模光纤激光器可以满足这样的要求。因此利用锁模光纤激光器产生光学漩涡具有重要意义。
【发明内容】
[0004]本发明解决的技术问题在于利用可实现模式转换的光纤耦合器，实现一种基于单模光纤-少模光纤耦合器的光学漩涡锁模光纤激光器。
[0005]为达到上述目的，本发明技术原理如下:
单模光纤-少模光纤耦合器是基于模式耦合理论的新型耦合器件。单模光纤只能支持LP01模式的传输，当在单模端输入一定波段范围内的光，则在少模光纤的输出端可以在该波段范围内实现LPo1模式到LP11模式的转换。LP11标量模是由四个矢量模式TMq1、TEq1、册21°/(3兼并而成。当给光纤施加压力使得HE21^产生V2的相位差时，可以实现光学漩涡的产生。当在锁模光纤激光器中接入单模光纤和少模光纤耦合器，少模端为耦合输出端，并在少模光纤上施加适当的压力便实现光学漩涡锁模脉冲的输出。
[0006]本发明的技术解决方案如下:
一种基于模式转换耦合的光学漩涡光纤激光器，其结构采用依次熔接的980nm栗浦源、980/1550nm波分复用器、掺铒光纤、親合比为10:90的1*2光纤親合器、偏振控制器、偏振相关隔离器、偏振控制器、单模光纤-少模光纤耦合器;所述980nm栗浦源和所述980/1550nm波分复用器的端口 a(输出90%)相恪接，所述I *2光纤親合器的端口 f和单模光纤-少模光纤親合器的端口 j (输出10%)为激光输出端口，同时端口 j是以光学漩涡的形式输出。将所述单模光纤-少模光纤耦合器插入激光器腔内作为光学漩涡产生和输出器件。
[0007]所述的栗浦源是功率可调的半导体激光器，或是固体激光器或光纤激光器。
[0008]所述的单模光纤-少模光纤耦合器是利用一根标准的单模光纤和一根少模光纤熔融拉锥制作而成，单模端输入和少模端输出的分光比为10:90，而且在1500 nm至1600 nm光波段范围内能够在少模端实现LPo1模式到LP11模式的耦合，而且少模端输出的LP11模式纯度在80%以上。
[0009]与现有技术相比，本发明具有以下优点:
1、本发明光学漩涡锁模光纤激光器可以通过单模光纤-少模光纤光纤耦合器实现较大带宽内的光学漩涡锁模脉冲的产生。
[0010]2、本发明光学漩涡锁模光纤激光器制作简单、成本低、适用性强。
[0011]3、本发明光学漩涡激光器是全光纤结构，稳定性高。
[0012]总之，本发明结构简单紧凑，在较低实验条件下可实现光学漩涡超短脉冲输出。
【附图说明】
[0013]图1是拉制的单模光纤-少模光纤耦合器的示意图，其中g和h为单模光纤端口，i和j为少模光纤端口。
[0014]图2是本发明的光学漩涡锁模光纤激光器的结构图。
[0015]图3(a)是未在输出端j上施加压力得到的LP11模式的光斑，(b)是在输出端j上施加压力后得到的环形光斑。
[0016]图4是耦合比为10:90的1*2光纤耦合器的端口f端和单模光纤-少模光纤耦合器的端口 j端干涉产生的光学漩涡，(a)是拓扑荷为+1的光学漩涡，(b)是拓扑荷为-1的光学漩祸。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图，对本发明的具体实施例做进一步的说明。
[0018]所述的模式转换耦合器是由标准单模光纤和少模光纤熔融拉锥而成的耦合器实现的，参见附图1。具体制作过程如下:将单模光纤和少模光纤去涂覆层，打结绞纽在一起，并固定在拉锥机夹头上，用防尘罩罩好熔融拉锥区，并在氢氧焰下加热下开始拉锥，当耦合器单模输出端和少模输出端的分光比为10:90时，停止拉锥，用U型槽封装好。
[0019]如图2所示，一种基于模式转换耦合的光学漩涡光纤激光器，其结构采用依次熔接的980nm栗浦源l、980/1550nm的波分复用器2、掺铒光纤3、耦合比为10:90的1*2的光纤耦合器4、偏振控制器5、偏振相关隔离器6、偏振控制器7、单模光纤-少模光纤親合器8 ;其中980nm栗浦源I和所述的波分复用器2的端口 a(输出90%)相熔接，所述的耦合比为10:90的I*2光纤親合器4的端口 f和单模光纤-少模光纤親合器8的端口 j(输出10%)为激光输出端口，同时j端口是以光学漩涡的形式输出。
[0020]所述连接器件光纤中，除了作为增益光纤的掺铒光纤3外以及单模光纤-少模光纤耦合器8中i到j端外，其他均为标准单模光纤。所述器件均采用直接熔接的方式进行连接，实现全光纤结构。
[0021]本发明的工作过程如下:
980nm栗浦源I的栗浦光输入980/1550nm波分复用器2的a端口，然后由980/1550nm波分复用器2的c端口通过腔内作为增益介质的掺铒光纤3，激发出1550nm附近的波长，由于自发辐射放大，使得在腔内能够产生脉冲能量不稳定的连续激光。光纤激光器通过非线性偏振旋转机制实现锁模脉冲的输出，与此同时在单模光纤-少模光纤耦合器8的耦合区内可以实现LPo1模式到LP11模式的转换，在单模光纤-少模光纤耦合器8的端口 j上施加压力的时候，通过红外照相机可以观察到环形光斑的输出；将单模光纤-少模光纤耦合器8的端口 j的输出脉冲和耦合比为10:90的1*2光纤耦合器4的端口 f进行干涉，并通过对单模光纤-少模光纤耦合器8的端口 j的偏振控制，分别观察到了拓扑荷为+1和-1的光学漩涡，如图4所示。偏振控制器对锁模状态的微调，产生更加理想的光学漩涡锁模脉冲。
【主权项】
1.一种基于模式转换耦合的光学漩涡光纤激光器，其特征在于，其结构采用依次熔接的980nm栗浦源(l)、980/1550nm波分复用器(2)、掺铒光纤(3)、耦合比为10:90的1*2光纤耦合器(4)、偏振控制器(5)、偏振相关隔离器(6)、偏振控制器(7)、单模光纤-少模光纤耦合器(8);所述980nm栗浦源(I)和所述980/1550nm波分复用器(2)的端口 a相熔接，所述1*2光纤親合器(4)的端口f和单模光纤-少模光纤親合器(8)的端口 j为激光输出端口，同时对端口 j施加适当的压力，并调节(5)和(7)，输出的激光会以光学漩涡锁模脉冲的形式输出。2.根据权利要求1所述的基于模式转换耦合的光学漩涡光纤激光器，其特征在于，将所述单模光纤-少模光纤耦合器(8)插入激光器腔内作为光学漩涡产生和输出器件。3.根据权利要求1所述的基于模式转换耦合的光学漩涡光纤激光器，其特征在于，所述的栗浦源(I)是功率可调的半导体激光器，或是固体激光器或光纤激光器。4.根据权利要求1所述的基于模式转换耦合的光学漩涡光纤激光器，其特征在于，所述的单模光纤-少模光纤耦合器(8)是利用一根标准的单模光纤和一根少模光纤熔融拉锥制作而成，单模端输出和少模端输出的分光比为10:90，在1500 nm至1600 nm光波段范围内能够在少模端实现LPo1模式到LP11模式的耦合，而且少模端输出的LP11模式纯度在80%以上。
【文档编号】H01S3/067GK105870768SQ201610360609
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年5月28日
【发明人】曾祥龙, 王逢, 石帆, 庞拂飞, 黄素娟, 王廷云
【申请人】上海大学