CN108963742A - 一种产生柱矢量光束的随机分布反馈光纤激光器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种产生柱矢量光束的随机分布反馈光纤激光器，由于激光器中随机分布反馈的存在，输出的柱矢量光束具有低相干的特性。该激光器主要包括高反射镜、模式输出模块、放大器模块以及随机分布反馈模块。本发明利用光纤谐振环提供随机分布反馈，模式选择耦合器实现柱矢量光束的输出。本发明结构简单，集成度高，成本低廉，适用于需要低相干柱矢量激光光源的特殊领域。

Description

一种产生柱矢量光束的随机分布反馈光纤激光器
技术领域
本发明涉及光纤激光器领域，尤其涉及一种产生柱矢量光束的随机分布反馈光纤激光器。
背景技术
柱矢量光束是一类偏振在光束横截面呈现轴对称分布的非均匀光束，其中最具代表性的就是径向偏振光束以及角向偏振光束。因为它们对称的偏振分布以及强聚焦条件下所体现出来的独特性质，柱矢量光束在高分辨成像、通信、材料加工、光学捕获等领域都展现出了独特的应用价值。光纤激光器具有集成度高、成本低等优点，结合光纤激光器产生柱矢量光束在这些年获得了广泛的报道。但是，传统光纤激光器输出的光具有高相干特性，这在一定程度上限制了柱矢量光束的应用。
随机分布反馈光纤激光器在近些年也获得了广泛的研究。在这种激光器中，激光器的反馈由光纤中的背向散射光提供，所输出的激光具有较低的相干性。光纤随机激光器因为具有低成本、低技术门槛以及特殊的输出特性等优点使得它们在通信、传感、成像等领域都有着潜在的应用价值。
截止目前，仍然没有有关在随机分布光纤激光器中实现柱矢量光束输出的报道。相信利用随机分布反馈光纤激光器的一些优异特性一定能够大大的拓展柱矢量光束的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服背景技术中所描述的不足，提出了一种产生柱矢量光束的随机分布反馈光纤激光器，具有输出激光相干性低、阈值低、结构简单、成本低等特点。
本发明解决其技术问题的技术方案为：
一种产生柱矢量光束的随机分布反馈光纤激光器，由于激光器中随机分布反馈的存在，输出的柱矢量光束具有低相干的特性。该激光器主要包括高反射镜、模式输出模块、放大器模块以及随机分布反馈模块。本发明利用光纤谐振环提供随机分布反馈，模式选择耦合器实现柱矢量光束的输出。本发明结构简单，集成度高，成本低廉，适用于需要低相干柱矢量激光光源的特殊领域。
一种产生柱矢量光束的随机分布反馈光纤激光器，包括高反射镜、模式输出模块、放大器模块以及随机分布反馈模块，其中：
所述高反射镜，可以是光纤环路反射镜、光纤布拉格光栅、垂直切割并镀上金属膜的光纤端面；
所述模式输出模块，用于实现模场的选择性输出，它由偏振控制器和模式选择耦合器组成；所述模式选择耦合器由一根单模光纤和一根少模光纤通过熔融拉锥缠绕的方式制得，其中单模光纤只支持基模传输，少模光纤除了基模之外，还支持一阶高阶模式的传输；拉锥缠绕的区域为耦合区，由于两根光纤纤芯离得很近，耦合区内将会发生模场间的能量交换，在单模光纤中传输的基模的能量会部分耦合到少模光纤中一阶高阶模式上去，从而在少模光纤端口获得一阶高阶模式的输出，而未被耦合的基模则会在单模光纤的另一端输出，由此实现了基模以及一阶高阶模式在不同端口的选择性输出；所述偏振控制器，放置于少模光纤输出端口，用于调整输出偏振态，从而获得可调谐的一阶高阶模式输出；所述一阶高阶模式包含TM01和TE01模式，分别对应于径向和角向偏振光；
所述放大模块，可以为泵浦源、波分复用器和增益介质构成，所述泵浦源为半导体激光二极管，与波分复用器的反射端相连，并向与波分复用器的公共端相连的增益介质输入连续激光，用于提供激光产生和放大；所述的增益介质为掺杂稀土离子光纤；
所述随机分布反馈模块，用于向腔内提供随机分布反馈，可以是光纤谐振环，其中的一个端口连接了光纤隔离器或者光纤尾端做了倾斜切割处理。
其中，模式输出模块中的模式选择耦合器的两单模光纤端口分别与高反射镜以及放大器模块相连。
其中，随机分布反馈模块与放大器模块相连，放大器模块产生基模激光并放大，注入光纤谐振环中，光在环中沿着逆时针方向传输，同时在顺时针方向产生背向散射光。背向散射光将部分耦合回腔内充当反馈，经过放大器模块再次被放大，经过模式输出模块，部分基模转化为一阶高阶模式在模式选择耦合器的其中一个少模光纤端口输出，未被转化的基模光经过高反射镜反射回腔内，实现完整的激光运转。
其中，除了模式选择耦合器的两少模输出端口使用的是少模光纤，激光器各部分元件所使用的光纤都是单模的。
本发明的有益效果主要表现在：
本发明利用光纤谐振环中的背向散射作为激光器的一个反馈，并引入了四端口的模式选择耦合器，实现了柱矢量光束在随机分布反馈光纤激光器中的输出。所设计的激光器结构简单，集成度高，成本低廉，适用于大规模商业化生产。此外，相比于之前报道柱矢量光纤激光器，输出的柱矢量光束还具有低相干的特点，这种新型的低相干的柱矢量光源在减少激光散斑及大气湍流闪烁效应方面有着独特的优势，有望应用于生物成像、激光雷达以及空间光通信等应用领域。
附图说明
下面将对所提出的实施例中所使用的附图作简要地介绍，以便更清楚地说明本发明实施例的技术方案，显然，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明的产生柱矢量光束的随机分布反馈光纤激光器模块图。
图2为本发明的产生柱矢量光束的随机分布反馈光纤激光器结构图。
图中附图标记含义为：11为放大模块，12为随机分布反馈模块，13为模式输出模块，14为高反射镜，211为泵浦源，212为波分复用器，213为掺杂稀土离子光纤，221为光纤谐振环，222为倾斜切割端面，231为模式选择耦合器，232为偏振控制器，241为全反射镜。
具体实施方式
如图1所示，一种产生柱矢量光束的随机分布反馈光纤激光器，包括放大模块11,随机分布反馈模块12，模式输出模块13，高反射镜14。其中放大模块11用于产生基模光并放大；随机分布反馈模块12与高反射镜14构成激光谐振腔实现激光谐振；模式输出模块13通过调节输出偏振态实现柱矢量光束TM01和TE01模式的选择性输出。
下面参照实施例图，对本发明的实施方式进行详细的描述。
如图2所示，泵浦源211可以为半导体激光二极管通过波分复用器212耦合到激光腔内，注入到掺杂稀土离子光纤213上产生基模光并放大。放大的基模光注入到光纤谐振环221并在环中沿逆时针方向传输，部分光将在光纤谐振环右端耦合输出，右端光纤的尾端做了倾斜切割处理以保证端面反射光不会回到腔内。其中，倾斜切割端面222可以由光纤隔离器代替。背向散射光会在光纤谐振环中沿顺时针方向传输，并部分耦合回腔内构成激光器的一个反馈，即随机分布反馈。模式选择耦合器231的两单模光纤端口分别与波分复用器212和全反射镜241相连。全反射镜241由垂直切割并镀上金属银膜的光纤端面所构成，可以由光纤布拉格光栅或者光纤环路反射镜代替。背向散射光经过掺杂稀土离子光纤213时会被再次放大，经过模式选择耦合器231时，单模光纤中传输的基模光将部分转化为一阶高阶模式从少模光纤端口输出，通过调节置于少模光纤上的偏振控制器232调整输出偏振态，就可以实现柱矢量光束TM01和TE01模式的选择性输出。未被转化的基模光经全反射镜241反射回腔内，构成完整的激光谐振。
本发明的创新之处在于：利用光纤谐振环中的背向散射构成激光器的一个反馈，结合四端口模式选择耦合器，实现了柱矢量光束在随机分布反馈光纤激光器中的输出。
尽管已经详细描述了本发明及其优点，但应当理解，在不背离由所附的权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种变化、替换及改造。此外，不意味着本发明的范围限于说明书中描述的工艺、设备、制造、以及物质组成、手段、方法和步骤的特定实施例。本领域技术人员从本发明的公开内容将很容易意识到那些现在存在的或以后发现的工艺、设备、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其与这里描述的根据本发明相应实施所使用的完成基本上相同的功能或达到基本上相同的结果。因此，期望所附的权利要求将这样的工艺、设备、制造、物质组成、手段、方法或步骤包括在它们的范围内。

Claims (4)

1.一种产生柱矢量光束的随机分布反馈光纤激光器，其特征在于：包括高反射镜、模式输出模块、放大器模块以及随机分布反馈模块，其中：
所述高反射镜，可以是光纤环路反射镜、光纤布拉格光栅、垂直切割并镀上金属膜的光纤端面；
所述模式输出模块，用于实现模场的选择性输出，它由偏振控制器和模式选择耦合器组成；所述模式选择耦合器由一根单模光纤和一根少模光纤通过熔融拉锥缠绕的方式制得，其中单模光纤只支持基模传输，少模光纤除了基模之外，还支持一阶高阶模式的传输；拉锥缠绕的区域为耦合区，由于两根光纤纤芯离得很近，耦合区内将会发生模场间的能量交换，在单模光纤中传输的基模的能量会部分耦合到少模光纤中一阶高阶模式上去，从而在少模光纤端口获得一阶高阶模式的输出，而未被耦合的基模则会在单模光纤的另一端输出，由此实现了基模以及一阶高阶模式在不同端口的选择性输出；所述偏振控制器，放置于少模光纤输出端口，用于调整输出偏振态，从而获得可调谐的一阶高阶模式输出；所述一阶高阶模式包含TM01和TE01模式，分别对应于径向和角向偏振光；
所述放大器模块，可以为泵浦源、波分复用器和增益介质构成，所述泵浦源为半导体激光二极管，与波分复用器的反射端相连，并向与波分复用器的公共端相连的增益介质输入连续激光，用于提供激光产生和放大；所述的增益介质为掺杂稀土离子光纤；
所述随机分布反馈模块，用于向腔内提供随机分布反馈，可以是光纤谐振环，其中的一个端口连接了光纤隔离器或者光纤尾端做了倾斜切割处理。
2.根据权利要求1所述的产生柱矢量光束的随机分布反馈光纤激光器，其特征在于：模式输出模块中的模式选择耦合器的两单模光纤端口分别与高反射镜以及放大器模块相连。
3.根据权利要求1所述的产生柱矢量光束的随机分布反馈光纤激光器，其特征在于：随机分布反馈模块与放大器模块相连，放大器模块产生基模激光并放大，注入光纤谐振环中，光在环中沿着逆时针方向传输，同时在顺时针方向产生背向散射光；背向散射光将部分耦合回腔内充当反馈，经过放大器模块时再次被放大，经过模式输出模块，部分基模转化为一阶高阶模式在模式选择耦合器的其中一个少模光纤端口输出，未被转化的基模光经过高反射镜反射回腔内，实现完整的激光运转。
4.根据权利要求1所述的产生柱矢量光束的随机分布反馈光纤激光器，其特征在于：除了模式选择耦合器的两少模输出端口使用的是少模光纤，激光器各部分元件所使用的光纤都是单模的。
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