一种基于线形赝激光腔的高功率柱矢量光纤激光器的制作方法

本发明涉及光纤激光器领域，特别是一种基于线形赝激光腔的高功率柱矢量光纤激光器。

背景技术：

柱矢量光由于其轴对称或旋转对称的偏振特性，及由此紧聚焦后导致的强度特性，广泛应用于高分辨显微成像、电子加速、光学捕获、材料加工等领域，吸引人们越来越多的兴趣。产生柱矢量光束的方法可分为主动和被动方法，主动方法通常在激光腔内采用轴向双折射器件，强制激光振荡在柱矢量模式上；被动方法是在激光腔外将空间均匀偏振光（如线偏振或圆偏振）转换为空间非均匀偏振柱矢量光，这种方法通常需要具有偏振特性空间变化的器件，如螺旋相位元件、液晶空间光调制器。另一种方案是采用全光纤方法激发或转换高阶模并获得柱矢量光，近年来成为研究热点，方法包括利用光子灯笼、少模光纤耦合器、长周期少模光纤光栅等实现模式转换。利用基于少模光纤布拉格光栅构建的光纤激光器，实现基模和高阶模的分离，也被用来产生柱矢量光，但如何实现高功率柱矢量光纤激光器，得到偏振纯度高，稳定性好的高阶模柱矢量光输出依然是一个挑战。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种基于线形赝激光腔的高功率柱矢量光纤激光器，本发明的所有器件均采用全光纤耦合方式，不受外界因素干扰，可连续稳定工作；通过泵浦光注入双包层掺镱光纤，在垂直切割端面处形成反射，在线性赝激光腔的左端引入刻有光栅的少模光纤作为横模选模单元，实现了高功率高纯度柱矢量光输出，并保证输出高阶模柱矢量光稳定。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

根据本发明提出的一种基于线形赝激光腔的高功率柱矢量光纤激光器，包括泵浦源、信号/泵浦光合束器、双包层掺镱光纤、刻有光栅的少模光纤、第一偏振控制器和第二偏振控制器；其中，

泵浦源的输出端与信号/泵浦光合束器的泵浦输入端相连，少模光纤与信号/泵浦光合束器的信号输入端错位熔接，在熔接处形成错位点，第一偏振控制器设置在错位点左边的少模光栅的尾纤上，第二偏振控制器设置在信号/泵浦光合束器的信号输入端与错位点之间，信号/泵浦光合束器的输出端与双包层掺镱光纤相连，双包层掺镱光纤的输出端为垂直切割端面。

作为本发明所述的一种基于线形赝激光腔的高功率柱矢量光纤激光器进一步优化方案，少模光纤与信号/泵浦光合束器的信号输入端错位熔接是用于激发高阶模，所述泵浦源、信号/泵浦光合束器、双包层掺镱光纤、刻有光栅的少模光纤、第一偏振控制器和第二偏振控制器形成线性赝激光腔。

作为本发明所述的一种基于线形赝激光腔的高功率柱矢量光纤激光器进一步优化方案，少模光纤上光栅的一侧用于实现基模反射，从而基模在线性赝激光腔内振荡，通过调节第一偏振控制器和第二偏振控制器实现柱矢量高阶模从光栅另一侧输出。

作为本发明所述的一种基于线形赝激光腔的高功率柱矢量光纤激光器进一步优化方案，所述双包层掺镱光纤作为增益光纤，用于产生百毫瓦级柱矢量光。

作为本发明所述的一种基于线形赝激光腔的高功率柱矢量光纤激光器进一步优化方案，所述光栅能够对基模窄带反射，高阶模透射；即具有使基模、高阶模分离的特性。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

（1）本发明刻有光栅的少模光纤作为横模选模单元，通过全光纤的方式获得柱矢量光输出，其输出矢量光偏振纯度高；

（2）本发明将泵浦光注入双包层掺镱光纤，产生受激辐射，垂直端面处与具有窄带反射谱的刻有光栅的少模光纤形成的线性赝激光腔，获得的柱矢量激光输出功率大，模式稳定；

（3）本发明采用全光纤结构，结构简单，可连续稳定工作。

附图说明

图1为基于线形赝激光腔的高功率柱矢量光纤激光器结构示意图。

图2为基于线形赝激光腔的高功率柱矢量光纤激光器输出光谱测试图。

图3为基于线形赝激光腔的高功率柱矢量光纤激光器泵浦功率与输出功率关系图。

图4为CCD探测获得的柱矢量光斑。

图5为角向偏振光和其加起偏器后CCD探测获得的光斑；其中，（a）为角向偏振光模斑，（b）为加入偏振片后的TE01偏振光场分量。

图6为径向偏振光和其加起偏器后CCD探测获得的光斑；其中，（a）为径向偏振光模斑，（b）为加入偏振片后的TM01偏振光场分量。

附图标记解释为：1-CCD，2-光栅，3-第一偏振控制器，4-第二偏振控制器，5-错位点，6-泵浦源，7-信号/泵浦光合束器，8-双包层掺镱光纤，9-垂直切割端面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

本发明是利用刻有光栅的少模光纤构建光纤激光器的柱矢量光产生方法，利用垂直切割与少模光栅形成赝线性腔。输出柱矢量光功率较大、纯度较高。下面就对本发明的具体技术方案进行简要说明。

如图1所示为本发明的结构示意图，一种基于线形赝激光腔的高功率柱矢量光纤激光器，包括泵浦源、信号/泵浦光合束器、双包层掺镱光纤、刻有光栅的少模光纤、第一偏振控制器和第二偏振控制器；其中，

泵浦源的输出端与信号/泵浦光合束器的泵浦输入端相连，少模光纤与信号/泵浦光合束器的信号输入端错位熔接，在熔接处形成错位点，第一偏振控制器设置在错位点左边的少模光栅的尾纤上，第二偏振控制器设置在少模光纤上且在信号/泵浦光合束器的信号输入端与错位点之间，信号/泵浦光合束器的输出端与双包层掺镱光纤相连，双包层掺镱光纤的输出端为垂直切割端面，该垂直切割端面与光栅形成线性赝激光腔。

本发明的工作原理如下：泵浦源作为线性赝激光腔的激励源，用于输出泵浦光至信号/泵浦合束器的泵浦输入端，信号/泵浦合束器用于将具有波长不同的泵浦光复用至线性赝激光腔中，泵浦源、信号/泵浦光合束器、双包层掺镱光纤、刻有光栅的少模光纤、第一偏振控制器和第二偏振控制器这些器件通过光纤耦合的方式首尾相连形成线性赝激光腔，通过信号/泵浦光合束器输出的光通过双包层掺镱光纤产生受激辐射（用于提供光放大），通过双包层掺镱光纤输出端的垂直切割端面处反射回腔内，光到达光栅处，由于满足布拉格条件的反射信号光作为反馈（基模），经过错位熔接连接激发高阶模式，高阶模从光栅处输出。在错位点两端夹持有第一偏振控制器和第二偏振控制器。第二偏振控制器用于改变激光光场进入到少模光纤内的基模的偏振态，通过错位熔接点在少模光纤中激发高阶模，经第一偏振控制器实现对模场的偏振态精确调节，调节第一偏振控制器和第二偏振控制器的光轴，可实现基模向高阶模的完全耦合，以得到呈环状分布、纯度较高的柱矢量光。

所述双包层掺镱光纤可以提供较大增益，输出较大功率。

刻有光栅的少模光纤可以实现反射基模回腔内，同时输出高阶模，可实现高阶横模选择。光栅具有窄带反射谱特性。

通过调节第二偏振控制器可改变进入到少模光纤内的基模的偏振态，通过错位熔接点在少模光纤中激发高阶模，经第一偏振控制器实现对模场的偏振态精确调节，当两个偏振控制器的光轴调节到最佳位置时，可实现基模向高阶模的完全耦合，以得到呈环状分布、纯度较高的柱矢量光。

通过调节泵浦功率，结合刻有光栅的少模光纤并调整第一偏振控制器和第二偏振控制器，使少模光纤布拉格光栅透射端输出纯度较高、模场呈环状分布的柱矢量光束。

双包层光纤可提供较大增益，随泵浦功率增大，可以输出产生较大功率柱矢量光输出，而保持较好的功率稳定性和偏振纯度。

本发明采用垂直切割光纤端面作为反射镜，与光栅形成共振，从而形成线性赝激光腔。本发明器件均采用全光纤耦合方式，激光器结构简单，输出柱矢量激光功率高、偏振纯度好。

如图2所示为基于线形赝激光腔高功率柱矢量光纤激光器输出光谱，中心波长为1054nm，边模抑制比>40dB。

如图3所示为基于线形赝激光腔高功率柱矢量光纤激光器的输入泵浦功率与输出功率的关系，斜率效率为15.8%。

如图4所示为利用红外CCD探测获得的基于线形赝激光腔高功率柱矢量光纤激光器输出的柱矢量光模斑，柱矢量光模场呈环状分布。

如图5中的(a)所示为红外CCD探测获得的角向偏振柱矢量光模斑、图5中的（b）为加入偏振片后的TE01偏振光场分量。

如图6中的(a)所示为红外CCD探测获得的径向偏振柱矢量光模斑、图6中的（b）为加入偏振片后的TM01偏振光场分量，测试结果显示所获得的径向偏振激光的偏振纯度大于90%。

以上所述的具体实施方案，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方案而已，并非用以限定本发明的范围，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所做出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。