CN105870768A - 基于模式转换耦合的光学漩涡光纤激光器 - Google Patents

基于模式转换耦合的光学漩涡光纤激光器 Download PDF

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Abstract

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。

Description

基于模式转换耦合的光学漩涡光纤激光器
技术领域
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涡光纤激光器。
背景技术
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、同步泵浦锁模等。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。
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
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。
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LP01模式到LP11模式的转换。LP11标量模是由四个矢量模式TM01、TE01、HE21 o/e兼并而成。当给光纤施加压力使得HE21 o/e产生π/2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。
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。
所述的泵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。
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LP01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。
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。
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。
3、本发明光学漩涡激光器是全光纤结构，稳定性高。
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
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。
图2是本发明的光学漩涡锁模光纤激光器的结构图。
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。
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的光学漩涡。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施例做进一步的说明。
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。
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泵浦源1、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-少模光纤耦合器8；其中980nm泵浦源1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1*2光纤耦合器4的端口f和单模光纤-少模光纤耦合器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。
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。
本发明的工作过程如下：
980nm泵浦源1的泵浦光输入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LP01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。

Claims (4)

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泵浦源（1）、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泵浦源（1）和所述980/1550nm波分复用器（2）的端口a相熔接，所述1*2光纤耦合器（4）的端口f和单模光纤-少模光纤耦合器（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，所述的泵浦源（1）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LP01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。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108051890A (zh) * 2017-05-12 2018-05-18 南京邮电大学 一种高效率低损耗全光纤熔融模式选择耦合器
CN108988112A (zh) * 2018-08-29 2018-12-11 西北工业大学 一种矢量或涡旋光场光纤激光器
CN108983355A (zh) * 2018-08-30 2018-12-11 上海大学 一种可切换的声光光纤正交模式转换器
CN109378686A (zh) * 2018-09-29 2019-02-22 上海大学 一种可切换多波长双向调q掺稀土离子光纤激光器
CN110308516A (zh) * 2019-07-30 2019-10-08 南京邮电大学 一种基于少模光纤耦合器的模式转换及应用
CN110556690A (zh) * 2019-07-30 2019-12-10 华南理工大学 一种全光纤涡旋光锁模环形腔激光器
WO2020047977A1 (zh) * 2018-09-07 2020-03-12 华南理工大学 一种基于轨道角动量模式谐振的全光纤涡旋光激光器
CN110932064A (zh) * 2019-11-07 2020-03-27 上海大学 一种正交偏振模式选择输出光纤激光器
CN113889830A (zh) * 2021-12-03 2022-01-04 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司 光束的生成方法、设备和装置、存储介质及电子装置
CN114188809A (zh) * 2021-11-02 2022-03-15 长春理工大学 一种大能量全光纤时空锁模激光器及其控制方法、应用
CN114447754A (zh) * 2022-01-28 2022-05-06 上海大学 一种基于光纤内横模调制的飞秒可见涡旋光激光器

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101483307A (zh) * 2009-02-03 2009-07-15 江西师范大学 一种偏振相关输出的多波长和被动锁模光纤激光器
JP2010199308A (ja) * 2009-02-25 2010-09-09 Chiba Univ 光渦発生装置と方法
US20110243498A1 (en) * 2010-04-06 2011-10-06 Nirmal Kumar Viswanathan System and Method for Generating an Optical Vector Vortex Beam
CN102610987A (zh) * 2012-02-22 2012-07-25 上海大学 基于光纤Mach-Zehnder干涉仪的可开关多波长掺铒光纤激光器
CN205003422U (zh) * 2015-07-08 2016-01-27 哈尔滨理工大学 矢量涡旋光束液芯光纤布里渊产生放大器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101483307A (zh) * 2009-02-03 2009-07-15 江西师范大学 一种偏振相关输出的多波长和被动锁模光纤激光器
JP2010199308A (ja) * 2009-02-25 2010-09-09 Chiba Univ 光渦発生装置と方法
US20110243498A1 (en) * 2010-04-06 2011-10-06 Nirmal Kumar Viswanathan System and Method for Generating an Optical Vector Vortex Beam
CN102610987A (zh) * 2012-02-22 2012-07-25 上海大学 基于光纤Mach-Zehnder干涉仪的可开关多波长掺铒光纤激光器
CN205003422U (zh) * 2015-07-08 2016-01-27 哈尔滨理工大学 矢量涡旋光束液芯光纤布里渊产生放大器

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DINGHUAN DENG等: "55-fs pulse generation without wave-breaking from an all-fiber Erbium-doped ring laser", 《OPTICS EXPRESS》 *
RAND ISMAEEL等: "All-fiber fused directional coupler for highly efficient spatial mode conversion", 《OPTICS EXPRESS》 *

Cited By (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108051890A (zh) * 2017-05-12 2018-05-18 南京邮电大学 一种高效率低损耗全光纤熔融模式选择耦合器
CN108988112A (zh) * 2018-08-29 2018-12-11 西北工业大学 一种矢量或涡旋光场光纤激光器
CN108983355A (zh) * 2018-08-30 2018-12-11 上海大学 一种可切换的声光光纤正交模式转换器
WO2020047977A1 (zh) * 2018-09-07 2020-03-12 华南理工大学 一种基于轨道角动量模式谐振的全光纤涡旋光激光器
CN109378686A (zh) * 2018-09-29 2019-02-22 上海大学 一种可切换多波长双向调q掺稀土离子光纤激光器
CN110556690A (zh) * 2019-07-30 2019-12-10 华南理工大学 一种全光纤涡旋光锁模环形腔激光器
CN110308516A (zh) * 2019-07-30 2019-10-08 南京邮电大学 一种基于少模光纤耦合器的模式转换及应用
CN110556690B (zh) * 2019-07-30 2021-10-26 华南理工大学 一种全光纤涡旋光锁模环形腔激光器
CN110932064A (zh) * 2019-11-07 2020-03-27 上海大学 一种正交偏振模式选择输出光纤激光器
CN114188809A (zh) * 2021-11-02 2022-03-15 长春理工大学 一种大能量全光纤时空锁模激光器及其控制方法、应用
CN114188809B (zh) * 2021-11-02 2024-03-12 长春理工大学 一种大能量全光纤时空锁模激光器及其控制方法、应用
CN113889830A (zh) * 2021-12-03 2022-01-04 武汉锐科光纤激光技术股份有限公司 光束的生成方法、设备和装置、存储介质及电子装置
CN114447754A (zh) * 2022-01-28 2022-05-06 上海大学 一种基于光纤内横模调制的飞秒可见涡旋光激光器
CN114447754B (zh) * 2022-01-28 2023-10-31 上海大学 一种基于光纤内横模调制的飞秒可见涡旋光激光器

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