CN101588013A - 保偏光子晶体光纤组束激光器 - Google Patents

Abstract

一种保偏光子晶体光纤组束激光器，包括多根保偏光子晶体光纤，光纤的一端连接泵浦激光器，另一端作为输出端。光纤两两一组，其中一根光纤后的λ/2波片可以使两光纤输出光偏振方向相互垂直。这两束线偏振光通过一个塞那蒙特棱镜合束，再通过一个λ/4波片，λ/2波片可以得到线偏振光。后面再放置一个偏振片和反射腔镜。如果到达塞那蒙特棱镜的两线偏振光之间的位相差不固定，则合成的线偏振光不能通过偏振片，激光器高损，利用激光的自组织原理便可以对两光纤激光进行锁相。每个光纤对产生的激光经反射镜、分光镜和末端腔镜反射相互注入，最终实现多根光纤激光相干组束输出。本发明稳定性高，可实现高功率、高光束质量、单偏振性的单束合成激光输出。

Description

保偏光子晶体光纤组束激光器

技术领域

本发明属于光纤激光器领域，特别涉及一种保偏光子晶体光纤组束激光器。

背景技术

光子晶体光纤有着无尽单模，大模场面积，大数值孔径，设计自由度大等优点，因此比普通光纤更容易实现高功率和高光束质量激光输出。

目前已经实现了单根光子晶体光纤1530W的高功率输出。虽然单根光子晶体光纤激光输出功率已得到很大的提高，但由于掺杂光纤的非线性效应，热光损伤等物理机制的限制，无限提高单根光纤激光功率输出是不可能的。为此，通常采用相干组束的办法以获得超高功率、高光束质量的光纤激光束。

目前的相干组束方法主要分为主动锁相和被动锁相技术。主动锁相技术需要对实时探测和控制相位，这就要求响应时间很小的探测和反馈器件，实现起来比较困难。被动锁相组束技术主要采用外腔耦合或光纤耦合器实现光纤激光的相干组束。外腔耦合技术通常要采用空间滤波器，但是空间滤波器制作要求精度高，会造成很大能量损失，而且最后只是实现每路激光的相位锁定，多路激光并不能真正的合成为一束。光纤耦合器与光纤也存在耦合损耗问题，功率过高会对熔接部位造成热光损伤，而且最终不能避免单根光纤激光输出功率的限制。无论是主动锁相还是被动锁相技术，如果不采用全保偏器件，相干组束得到激光的偏振性将无法控制。

发明内容

本发明为解决背景技术中存在的上述技术问题，而提供一种可以获得高功率、高光束质量、单偏振的保偏光子晶体光纤组束激光器。

本发明的技术解决方案如下：

本发明为一种保偏光子晶体光纤组束激光器，其特征在于包括N根微结构相同的保偏光子晶体光纤，该N为大于或等于2的正整偶数；光纤的一端分别连接泵浦激光器和二色镜；N根光纤两两一组，每组中第二根光纤后放置一个N/2个λ/2波片；通过一个全反射镜可以将第一根光纤输出的激光以一定角度反射到一个塞那蒙特棱镜上；在塞那蒙特棱镜后再依次放置一个λ/4波片、一个λ/2波片、一个偏振片以及一个末端反射镜。该末端反射镜与光纤前端的二色镜构成组束激光器的谐振腔。

所述的保偏光子晶体光纤的一端为自由端，用于泵浦光源泵浦，另一端端面切割5-8度，为光束输出端。

所述的二色镜对激光波长全反射，对泵浦光波长全透射。

所述的每组保偏光子晶体光纤中光纤的长度可以不同。

所述的N根保偏光子晶体光纤输出激光的强度大小可以不同。

所述的塞那蒙特棱镜后的λ/2波片的光轴方向需要根据每组保偏光子晶体光纤输出激光的强度进行调整。

所述的偏振片的偏振方向和第一根光纤的偏振方向相同。

所述的末端反射镜是对泵浦波长全透射，对激光波长部分反射的二色镜。

本发明型将N根保偏光子晶体光纤两两偏振方向相互垂直的线偏振光通过一个塞那蒙特棱镜合成为一椭圆偏振光。在塞那蒙特棱镜后再依次放置一个λ/4波片和一个λ/2波片，使椭圆偏振光再次变为线偏振光。接着再放置一个偏振片。此时，如果到达塞那蒙特棱镜的两线偏振光之间的位相不为恒定值，则合成的线偏振光不能通过偏振片，由末端反射镜与光纤前端的二色镜构成的激光振腔高损。利用激光总是运行于损耗最小的状态下的自组织原理便可以实现两根保偏光子晶体光纤之间的位相锁定。将上述的装置再和反射镜(对激光波长全反射)和分光镜(对激光波长50％透射)组合构成激光器的复合腔，每对光子晶体光纤偏振合成的线偏振激光经复合腔末端腔镜部分反射后引起偏振方向相同的激光相互注入，实现相干组束单偏振激光输出。

本发明与在先技术相比有很多明显优点：

1.稳定性高，不需要外加耦合透镜或滤波器，也不存在普通光纤耦合器的熔接、耦合损失问题。

2.避免了单根光纤输出的功率限制，能允许大功率输出。可实现多个光纤激光器的高功率相干锁相且合成输出。

3.真正意义上实现单光束相干合成输出，具有单偏振性，光束质量好。

附图说明

图1是本发明以2根保偏光子晶体光纤为例的光纤组束激光器示意图。

图2是本发明以4根保偏光子晶体光纤为例的光纤组束激光器示意图。

附图标号说明：1、2-半导体激光泵浦源，3、4-对泵浦波长全透射，激光波长全反射的二色镜，5、6-保偏光子晶体光纤，7、8-准直透镜，9-对激光波长全反镜，10-λ/2波片，11-塞那蒙特棱镜，12-λ/4波片，13-λ/2波片，14-偏振片，15-对泵浦波长全透射，激光波长部分反射的末端腔镜，21、22、23、24-保偏光子晶体光纤，25-对泵浦波长全透射，激光波长全反射的二色镜，26-对泵浦波长全透，激光波长50％反射的二色镜。

具体实施方式

以下以附图为例对本发明作进一步说明。

图1是两根保偏光子晶体光纤组束激光器结构示意图。

图中有两根长短不同的保偏光子晶体光纤5、6，每根保偏光子晶体光纤的一端为自由端，用于泵浦源1、2泵浦。

二色镜3、4作为光纤组束激光器一端的腔镜。

保偏光子晶体光纤5、6输出的线偏振光分别用透镜7、8准直，在准直透镜10后放置一个λ/2波片10，使保偏光子晶体光纤6输出的线偏振光的偏振方向(s方向)和保偏光子晶体光纤5输出的线偏振光的偏振方向(p方向)相互垂直。通过一个全反射镜9可以将光纤5输出的激光以一定角度反射到个塞那蒙特棱镜11。这两束偏振方向相互垂直的线偏振光通过塞那蒙特棱镜11后偏振合成为椭圆偏振光，该椭圆偏振光依次通过一个λ/4波片12，λ/2波片13后变为偏振方向为s方向的线偏振光。这里需要注意的是，λ/2波片13的光轴方向需要根据两根光纤输出光的强度比进行调整，例如，如果两根保偏光子晶体光纤输出光的强度比为1∶1，位相差为0，则偏振合成为椭圆偏振光的偏振方向与光纤输出端线偏振光的夹角为45°，λ/2波片13光轴和s方向夹角应为22.5°。该线偏振光再通过一个透振方向为s方向的偏振片14。此时，如果到达塞那蒙特棱镜的两线偏振光之间的位相差不为固定值，则合成的线偏振光不能通过偏振片14，由末端腔镜15与二色镜3、4构成的激光谐振腔高损，利用激光器总是工作在最小损耗状态的自组织原理便可以锁定光纤5、6之间的位相差，相干组束后的单偏振激光从末端腔镜15输出。

图2是四根保偏光子晶体光纤组束激光器结构示意图。

图中有四根长短不同的保偏光子晶体光21和22一组，23和24一组，每组光子晶体光纤的锁相偏振合束方法和图一中的相同。图二装置和图一不同的地方在于装置中附加了一个反射镜25和一个分光镜26来构成复合腔。两组保偏光子晶体光纤分别进行锁相偏振合束后的线偏振光从激光器末端腔镜部分反射，使偏振方向相同的激光实现互注入。利用自组织原理，锁相偏振合束后的两线偏振光为相干光，相干组束后的单偏振激光从末端腔镜输出。

Claims (8)

1. 一种保偏光子晶体光纤组束激光器，其特征在于包括N根微结构相同的保偏光子晶体光纤(5)和(6)，该N为大于或等于2的正整偶数；光纤(5)和(6)的一端分别连接泵浦激光器(1)和(2)以及二色镜(3)和(4)；N根光纤两两一组，每组中第二根光纤(6)后放置一个λ/2波片(10)；通过一个全反射镜(9)可以将光纤(5)输出的激光以一定角度反射到一个塞那蒙特棱镜(11)上。在塞那蒙特棱镜(11)后再依次放置一个λ/4波片(12)、一个λ/2波片(13)，一个偏振片(14)、以及一个末端反射镜(15)。该末端反射镜(15)与二色镜(3)构成组束激光器的谐振腔。

2. 根据权利要求1所述的保偏光子晶体光纤组束激光器，其特征在于所述的保偏光子晶体光纤(5)和(6)的一端为自由端，用于泵浦光源(1)和(2)泵浦，另一端端面切割5-8度，为光束输出端。

3. 根据权利要求1所述的保偏光子晶体光纤组束激光器，其特征在于所述的二色镜(3)和(4)对激光波长全反射，对泵浦光波长全透射。

4. 根据权利要求1所述的保偏光子晶体光纤组束激光器，其特征在于所述的每组保偏光子晶体光纤中光纤(5)和(6)的长度可以不同。

5. 根据权利要求1所述的保偏光子晶体光纤组束激光器，其特征在于所述的N根保偏光子晶体光纤(5)和(6)输出激光的强度大小可以不同。

6. 根据权利要求1所述的保偏光子晶体光纤组束激光器，其特征在于所述的λ/2波片(13)的光轴方向需要根据每组保偏光子晶体光纤输出激光的强度进行调整。

7. 根据权利要求1所述的保偏光子晶体光纤组束激光器，其特征在于所述的偏振片(14)的偏振方向和第一根光纤(5)的偏振方向相同。

8. 根据权利要求1所述的保偏光子晶体光纤组束激光器，其特征在于所述的末端反射镜(15)是对泵浦波长全透射，对激光波长部分反射的二色镜。

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