CN111525376A - 基于tm01模式光转换的涡旋激光产生方法及涡旋激光器 - Google Patents

基于tm01模式光转换的涡旋激光产生方法及涡旋激光器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于TM01模式光转换的涡旋激光产生方法，利用激光光源发射的激光通过少模掺杂增益光纤产生TM01模式光，而后利用TM01模式光经过光轴垂直于TM01模式光入射方向的λ/4光纤波片转换形成涡旋光，再通过所述涡旋光谐振形成涡旋激光输出，为涡旋激光的产生提供新的解决方案；此外本发明还基于该涡旋激光产生方法，提供了基于TM01模式光转换的涡旋激光器设计方案，结构设计简单，工作稳定可靠，能够更好的兼顾涡旋激光器的低成本和运行可靠性，并且还能够进一步的通过光路控制，实现可控的选择输出线偏振涡旋光或左旋圆偏振涡旋光，为不同偏振态涡旋激光的输出提供了新的解决方案。

Description

基于TM01模式光转换的涡旋激光产生方法及涡旋激光器
技术领域
本发明涉及光纤激光器技术领域，具体涉及一种基于TM01模式光转换的涡旋激光产生方法，以及基于该方法的涡旋激光器。
背景技术
在光通信系统中，对光束的选择尤其重要，以往人们主要研究具有均匀偏振或均匀相位波前的光束。但近年来，一些具有偏振形式、特殊振幅或者相位的光场受到人们的关注，其中典型的光束为柱矢量光束与涡旋光束。
涡旋光束是具有螺旋型相位分布、中心强度为零的环状空心光束，其光场分布表达式中含有相位因子exp(±ilφ)，其中φ为方位角，l为拓扑荷数。不同拓扑荷数的轨道角动量模式是正交的，是除传统平面波的频率、幅度、相位和偏振态四个维度以外的一个新维度，因此，将涡旋光束用于光通信领域，将极大的提高通信系统的容量和频谱效率。此外，由于涡旋光束独特的空间强度和相位分布，在光纤传感、量子和纳米光学、光学操控、超分辨率成像和激光材料处理等领域也具有广泛的应用前景，引起了人们越来越多的兴趣。
由于涡旋光束的特性和广阔的应用前景，人们近年研究出了一些产生涡旋光的方法。目前，产生涡旋光的方法主要有：基于涡旋光与其他参考光形成全息光栅产生涡旋光束的全息图法；基于计算机生成叉形衍射全息图的计算全息法；基于空间光调制器与计算机全息法结合产生涡旋光束；利用螺旋相位板实现相位调制产生涡旋光束等。现有的涡旋光束产生方式各有优缺点。例如，全息图法对感光光栅片的质量要求极高，因此，感光片的低衍射效率决定这种方法产生的涡旋光束的质量不佳。计算全息法在实际应用中只能产生低阶的涡旋光束，产生效率低，它不能产生单一模式的涡旋光。空间光调制器法虽然很灵活，但是它不能用来产生功率高的涡旋光束。螺旋相位板法不够灵活，也存在制作工艺复杂、且输出模式固定、产生的涡旋光模式单一等。
因此，如何设计出更为简单、可靠、甚至能够进一步兼顾多模式的涡旋激光产生解决方案，逐渐成为了领域内热点研究的技术方向。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：如何提供一种基于TM01模式光转换的涡旋激光产生方法及其涡旋激光器，为涡旋激光的产生提供新的解决方案，使得涡旋光的产生更加的简单、可靠，甚至能够进一步的兼顾两种偏振态涡旋激光的产生。
为解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：
一种基于TM01模式光转换的涡旋激光产生方法，利用激光光源发射的激光通过少模掺杂增益光纤产生TM01模式光，而后利用TM01模式光经过光轴垂直于TM01模式光入射方向的λ/4光纤波片转换形成涡旋光，再通过所述涡旋光谐振形成涡旋激光输出。
一种基于TM01模式光转换的涡旋激光器，包括激光光源、可控波分复用器、少模掺杂增益光纤、TM01模式光选模器、λ/4光纤波片、保偏光纤偏振器、保偏光纤、第一可控光纤光栅和第二可控光纤光栅；
所述波分复用器的合束端连接至少模掺杂增益光纤的一端，所述激光光源发出的激光入射至波分复用器的第一分束端，使得激光光源发出的激光经过可控波分复用器输出至少模掺杂增益光纤；所述少模掺杂增益光纤的另一端连接至TM01模式光选模器的一个光路端，TM01模式光选模器的另一个光路端通过λ/4光纤波片连接至保偏光纤偏振器的一个光路端，且所述λ/4光纤波片的光轴垂直于光入射方向；所述保偏光纤偏振器的另一个光路端再通过保偏光纤连接至第一可控光纤光栅，由第一可控光纤光栅的光出射端作为涡旋激光器的第一光输出端；所述波分复用器的第二分束端连接至第二可控光纤光栅，由第二可控光纤光栅的光出射端作为涡旋激光器的第二光输出端。
上述基于TM01模式光转换的涡旋激光器中，作为优选方案，所述激光光源为980nm激光光源，所述少模掺杂增益光纤为少模掺铒光纤放大器，用以对980nm激光增益放大产生1550nm的出射光。
上述基于TM01模式光转换的涡旋激光器中，作为优选方案，所述第一可控光纤光栅和第二可控光纤光栅均为透射输出可控的光纤光栅，用以控制其光出射端为部分透射输出或完全反射不输出。
上述基于TM01模式光转换的涡旋激光器中，具体而言，其工作方式为：
激光光源发出的激光，通过可控波分复用器后进入少模掺杂增益光纤被增益放大，然后通过TM01模式光选模器选模输出TM01模式光，TM01模式光之后再入射至λ/4光纤波片经过透射后，经过保偏光纤偏振器和保偏光纤到达第一可控光纤光栅，第一可控光纤光栅作为激光谐振腔的一个腔镜，而第二可控光纤光栅则作为激光谐振腔的另一个腔镜，被可控光纤光栅反射的线偏振涡旋光经过保偏光纤和保偏光纤偏振器，而后再次入射至λ/4光纤波片经过透射，再依次经过TM01模式光选模器和少模掺杂增益光纤，被少模掺杂增益光纤再次增益放大后入射至可控波分复用器的合束端，被可控波分复用器分束后从第二分束端输出，传导至第二可控光纤光栅；由此，便在第一可控光纤光栅和第二可控光纤光栅之间形成激光谐振腔；若控制第一可控光纤光栅部分透射和第二可控光纤光栅完全反射，此时，由第一可控光纤光栅的光出射端作为涡旋激光器的第一光输出端，输出线偏振涡旋激光；若控制第一可控光纤光栅完全反射和第二可控光纤光栅部分透射，则此时由第二可控光纤光栅的光出射端作为涡旋激光器的第二光输出端，输出左旋圆偏振涡旋激光。
一种基于TM01模式光转换的涡旋激光器，包括激光光源、光耦合器、少模掺杂增益光纤、TM01模式光选模器、λ/4光纤波片、保偏光纤偏振器、保偏光纤和光分路器；
所述光耦合器合束端连接至少模掺杂增益光纤的一端，所述激光光源发出的激光入射至光耦合器的第一光输入端，使得激光光源发出的激光经过光耦合器输出至少模掺杂增益光纤；所述少模掺杂增益光纤的另一端连接至TM01模式光选模器的一个光路端，TM01模式光选模器的另一个光路端通过λ/4光纤波片连接至保偏光纤偏振器的一个光路端，且所述λ/4光纤波片的光轴垂直于光入射方向；所述保偏光纤偏振器的另一个光路端再通过保偏光纤连接至光分路器的光输入端，所述光分路器的一个分路输出端通过光纤连接至光耦合器的第二光输入端，光分路器的另一个分路输出端作为涡旋激光器的光输出端。
上述基于TM01模式光转换的涡旋激光器中，作为优选方案，所述激光光源为980nm激光光源，所述少模掺杂增益光纤为少模掺铒光纤放大器，用以对980nm激光增益放大产生1550nm的出射光。
上述基于TM01模式光转换的涡旋激光器中，具体而言，其工作方式为：
激光光源发出的激光，通过光耦合器后进入少模掺杂增益光纤被增益放大，然后通过TM01模式光选模器选模输出TM01模式光，TM01模式光之后再入射至λ/4光纤波片经过透射后，经过保偏光纤偏振器和保偏光纤传输至光分路器，再经光分路器分路，一部分输出，另一部通过光纤返回光耦合器进而再回到少模掺杂增益光纤被增益放大后再向光分路器的方向传输，如此循环，便形成激光谐振腔，从而使得涡旋激光器能够以光分路器的一个分路输出端作为涡旋激光器自身的光输出端，输出线偏振涡旋激光。
相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
1、本发明基于TM01模式光转换的涡旋激光产生方法，利用激光光源发射的激光通过少模掺杂增益光纤产生TM01模式光，而后利用TM01模式光经过光轴垂直于TM01模式光入射方向的λ/4光纤波片转换形成涡旋光，再通过所述涡旋光谐振形成涡旋激光输出，为涡旋激光的产生提供新的解决方案。
2、本发明基于TM01模式光转换的一种涡旋激光器设计方案，通过激光光源、光耦合器、少模掺杂增益光纤、TM01模式光选模器、λ/4光纤波片、保偏光纤偏振器、保偏光纤和光分路器构成涡旋激光器，其结构设计简单，且工作稳定可靠，能够更好的兼顾涡旋激光器的低成本和运行可靠性。
3、本发明基于TM01模式光转换的另一种涡旋激光器设计方案，通过激光光源、可控波分复用器、少模掺杂增益光纤、TM01模式光选模器、λ/4光纤波片、保偏光纤偏振器、保偏光纤、第一可控光纤光栅和第二可控光纤光栅构成涡旋激光器，不仅结构设计简单、工作稳定可靠，而且还能够通过光路控制，实现可控的选择输出线偏振涡旋光或左旋圆偏振涡旋光，为不同偏振态涡旋激光的输出提供了新的解决方案。
附图说明
图1为本发明基于TM01模式光转换的涡旋激光器一种实施方式的结构原理图。
图2为TM01模式光的偏振分布示意图。
图3为本发明基于TM01模式光转换的涡旋激光器另一种实施方式的结构原理图。
说明书附图中的附图标记如下：
激光光源1、可控波分复用器2、少模掺杂增益光纤3、TM01模式光选模器4、λ/4光纤波片5、保偏光纤偏振器6、第一保偏光纤7、第一可控光纤光栅8、第二可控光纤光栅9、光耦合器10、光分路器11。
具体实施方式
本发明提供了一种基于TM01模式光转换的涡旋激光产生方法，利用激光光源发射的激光通过少模掺杂增益光纤产生TM01模式光，而后利用TM01模式光经过光轴垂直于TM01模式光入射方向的λ/4光纤波片转换形成涡旋光，再通过所述涡旋光谐振形成涡旋激光输出。由此，本发明为涡旋激光的产生提供新的解决方案。
基于上述的涡旋激光产生方法，本发明还提供了如下的涡旋激光器设计方案。
作为一种基于TM01模式光转换的涡旋激光器设计方案，如图1所示，其包括激光光源1、可控波分复用器2、少模掺杂增益光纤3、TM01模式光选模器4、λ/4光纤波片5、保偏光纤偏振器6、保偏光纤7、第一可控光纤光栅8和第二可控光纤光栅9；波分复用器2的合束端连接至少模掺杂增益光纤3的一端，激光光源1发出的激光入射至波分复用器2的第一分束端，使得激光光源1发出的激光经过可控波分复用器2输出至少模掺杂增益光纤3；少模掺杂增益光纤3的另一端连接至TM01模式光选模器4的一个光路端，TM01模式光选模器4的另一个光路端通过λ/4光纤波片5连接至保偏光纤偏振器6的一个光路端，且λ/4光纤波片5的光轴垂直于光入射方向；保偏光纤偏振器6的另一个光路端再通过保偏光纤7连接至第一可控光纤光栅8，由第一可控光纤光栅8的光出射端作为涡旋激光器的第一光输出端；波分复用器2的第二分束端连接至第二可控光纤光栅9，由第二可控光纤光栅9的光出射端作为涡旋激光器的第二光输出端。
作为具体技术实施时，激光光源1可以选用980nm激光光源，而少模掺杂增益光纤3可以选用为少模掺铒光纤放大器，用以对980nm激光增益放大产生1550nm的出射光。当然，激发光源也可以配合根据少模掺杂增益光纤的形式进行选择，如果选用其它稀土离子掺杂材料的少模掺杂增益光纤作为增益介质，则需要使用不同波长激光作为激发光源，以保证能够激发产生TM01模式光，且输出光的波长也会因少模掺杂增益光纤和激光光源波长的不同选择而不同。λ/4光纤波片可采用光纤式的λ/4波片产品。而第一可控光纤光栅8和第二可控光纤光栅9最好都采用透射输出可控的光纤光栅，例如常用的压力控制光纤光栅等，用以控制其光出射端为部分透射输出或完全反射不输出。
该图1所示设计方案的涡旋激光器，其具体工作原理如下：激光光源1发出的激光，通过可控波分复用器2后进入少模掺杂增益光纤3被增益放大；以采用少模掺铒光纤放大器作为少模掺杂增益光纤3为例，激光光源1则采用980nm激光光源，其输出的980nm激光经过少模掺铒光纤放大器进行增益后，产生1550nm的出射光，但由于经过少模掺铒光纤放大器增益放大后的出射光包含有几种不同的模式光，因此需要进一步的通过TM01模式光选模器4选出TM01模式光；选出的TM01模式光再入射至λ/4光纤波片5经过透射，由于TM01模式光的偏振分布是垂直于其光传输方向且周向发散分布(如图2所示，TM01模式光的偏振分布为图2中箭头所示的分布方式)，而λ/4光纤波片的光轴布置垂直于TM01模式光入射方向，因此透射后转换形成涡旋光；如果建立直角坐标系，以TM01模式光的光传输方向作为水平的y轴方向，而水平x轴和竖向的z轴所在平面为垂直于y轴的竖向平面，而λ/4光纤波片的光轴布置于该竖向平面内与x轴呈-45°角的位置处，那么TM01模式光的琼斯矢量可写成
Figure BDA0002477263590000051
其中φ为方位角，而经过λ/4光纤波片5透射后的出射光的琼斯矢量则可表示为
Figure BDA0002477263590000052
即得到涡旋光；而透射后的涡旋光再经过保偏光纤偏振器6，其琼斯矢量表示为
Figure BDA0002477263590000053
此时得到线偏振涡旋光；此线偏振涡旋光经保偏光纤7到达第一可控光纤光栅8，第一可控光纤光栅8作为激光谐振腔的一个腔镜，而第二可控光纤光栅9则作为激光谐振腔的另一个腔镜，被可控光纤光栅8反射的线偏振涡旋光经过保偏光纤7和保偏光纤偏振器6均无变化，而后再次入射至λ/4光纤波片5经过透射，如果按照上述直角坐标系，此时透射后的光线其琼斯矢量变改变为
Figure BDA0002477263590000061
变为左旋圆偏振涡旋光，而后，左旋圆偏振涡旋光再依次经过TM模式光选模器4和少模掺杂增益光纤3，被少模掺杂增益光纤3再次增益放大后入射至可控波分复用器2的合束端，被可控波分复用器2分束后从第二分束端输出，传导至第二可控光纤光栅9；由此，便在第一可控光纤光栅8和第二可控光纤光栅9之间形成激光谐振腔；若控制第一可控光纤光栅8部分透射(比如透射率90％)和第二可控光纤光栅9完全反射，此时，由第一可控光纤光栅8的光出射端作为涡旋激光器的第一光输出端，输出线偏振涡旋激光；而如果控制第一可控光纤光栅8完全反射和第二可控光纤光栅9部分透射(比如透射率90％)，则此时由第二可控光纤光栅9的光出射端作为涡旋激光器的第二光输出端，输出左旋圆偏振涡旋激光。
由此可以看到，该基于TM01模式光转换的涡旋激光器设计方案，利用TM01模式光经λ/4光纤波片后转变成涡旋光，并振荡形成涡旋激光输出，其激光器结构设计简单，且工作稳定可靠，能够更好的兼顾涡旋激光器的低成本和运行可靠性，为涡旋光的产生提供了新的技术实现方向。此外，该基于TM01模式光转换的涡旋激光器还进一步具备了两种不同偏振态涡旋光的输出能力，可以控制选择涡旋激光器从其第一光输出端输出线偏振涡旋激光、或者从其第二光输出端输出左旋圆偏振涡旋激光，为不同偏振态涡旋激光的输出提供了新的解决方案。
而作为本发明基于TM01模式光转换的涡旋激光器的另一种设计方案，如图3所示，其包括激光光源1、光耦合器10、少模掺杂增益光纤3、TM01模式光选模器4、λ/4光纤波片5、保偏光纤偏振器6、保偏光纤7和光分路器11。光耦合器10的合束端连接至少模掺杂增益光纤3的一端，激光光源1发出的激光入射至光耦合器10的第一光输入端，使得激光光源1发出的激光经过光耦合器10输出至少模掺杂增益光纤3；少模掺杂增益光纤3的另一端连接至TM01模式光选模器4的一个光路端，TM01模式光选模器4的另一个光路端通过λ/4光纤波片5连接至保偏光纤偏振器6的一个光路端，且所述λ/4光纤波片5的光轴垂直于光入射方向；保偏光纤偏振器6的另一个光路端再通过保偏光纤7连接至光分路器11的光输入端，光分路器11的一个分路输出端通过光纤连接至光耦合器10的第二光输入端，光分路器11的另一个分路输出端作为涡旋激光器的光输出端。
作为具体技术实施时，同样的，激光光源1可以选用980nm激光光源，而少模掺杂增益光纤3可以选用为少模掺铒光纤放大器，用以对980nm激光增益放大产生1550nm的出射光。当然，激发光源也可以配合根据少模掺杂增益光纤的形式进行选择，如果选用其它稀土离子掺杂材料的少模掺杂增益光纤作为增益介质，则需要使用不同波长激光作为激发光源，以保证能够激发产生TM01模式光，且输出光的波长也会因少模掺杂增益光纤和激光光源波长的不同选择而不同。λ/4光纤波片可采用光纤式的λ/4波片产品。
该图3所示设计方案的涡旋激光器，其具体工作原理如下：激光光源1发出的激光，通过光耦合器10后进入少模掺杂增益光纤3被增益放大；以采用少模掺铒光纤放大器作为少模掺杂增益光纤3为例，激光光源1则采用980nm激光光源，其输出的980nm激光经过少模掺铒光纤放大器进行增益后，产生1550nm的出射光，但由于经过少模掺铒光纤放大器增益放大后的出射光包含有几种不同的模式光，因此需要进一步的通过TM01模式光选模器4选出TM01模式光；选出的TM01模式光再入射至λ/4光纤波片5经过透射，如果建立直角坐标系，以TM01模式光的光传输方向作为水平的y轴方向，而水平x轴和竖向的z轴所在平面为垂直于y轴的竖向平面，而λ/4光纤波片的光轴布置于该竖向平面内与x轴呈-45°角的位置处，那么TM01模式光的琼斯矢量可写成
Figure BDA0002477263590000071
其中φ为方位角，而经过λ/4光纤波片5透射后的出射光的琼斯矢量则可表示为
Figure BDA0002477263590000072
即得到涡旋光；而透射后的涡旋光再经过保偏光纤偏振器6，其琼斯矢量表示为
Figure BDA0002477263590000073
此时得到线偏振涡旋光；此线偏振涡旋光经保偏光纤7传输至光分路器11，再经光分路器11分路，一部分线偏振涡旋光输出，另一部分线偏振涡旋光通过光纤返回光耦合器10进而再回到少模掺杂增益光纤3被增益放大后再向光分路器11的方向传输，如此循环，便形成激光谐振腔，从而使得该涡旋激光器能够以光分路器11的一个分路输出端作为涡旋激光器自身的光输出端，输出线偏振涡旋激光。
同样可以看到，该基于TM01模式光转换的涡旋激光器设计方案，也是利用TM01模式光经λ/4光纤波片后转变成涡旋光，并振荡形成涡旋激光输出，其激光器结构设计也较为简单，且工作稳定可靠，能够更好的兼顾涡旋激光器的低成本和运行可靠性。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过参照本发明的优选实施例已经对本发明进行了描述，但本领域的普通技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。

Claims (8)

1.一种基于TM01模式光转换的涡旋激光产生方法，其特征在于，利用激光光源发射的激光通过少模掺杂增益光纤产生TM01模式光，而后利用TM01模式光经过光轴垂直于TM01模式光入射方向的λ/4光纤波片转换形成涡旋光，再通过所述涡旋光谐振形成涡旋激光输出。
2.一种基于TM01模式光转换的涡旋激光器，其特征在于，包括激光光源(1)、可控波分复用器(2)、少模掺杂增益光纤(3)、TM01模式光选模器(4)、λ/4光纤波片(5)、保偏光纤偏振器(6)、保偏光纤(7)、第一可控光纤光栅(8)和第二可控光纤光栅(9)；
所述波分复用器(2)的合束端连接至少模掺杂增益光纤(3)的一端，所述激光光源(1)发出的激光入射至波分复用器(2)的第一分束端，使得激光光源(1)发出的激光经过可控波分复用器(2)输出至少模掺杂增益光纤(3)；所述少模掺杂增益光纤(3)的另一端连接至TM01模式光选模器(4)的一个光路端，TM01模式光选模器(4)的另一个光路端通过λ/4光纤波片(5)连接至保偏光纤偏振器(6)的一个光路端，且所述λ/4光纤波片(5)的光轴垂直于光入射方向；所述保偏光纤偏振器(6)的另一个光路端再通过保偏光纤(7)连接至第一可控光纤光栅(8)，由第一可控光纤光栅(8)的光出射端作为涡旋激光器的第一光输出端；所述波分复用器(2)的第二分束端连接至第二可控光纤光栅(9)，由第二可控光纤光栅(9)的光出射端作为涡旋激光器的第二光输出端。
3.根据权利要求2所述基于TM01模式光转换的涡旋激光器，其特征在于，所述激光光源(1)为980nm激光光源，所述少模掺杂增益光纤(3)为少模掺铒光纤放大器，用以对980nm激光增益放大产生1550nm的出射光。
4.根据权利要求2所述基于TM01模式光转换的涡旋激光器，其特征在于，所述第一可控光纤光栅(8)和第二可控光纤光栅(9)均为透射输出可控的光纤光栅，用以控制其光出射端为部分透射输出或完全反射不输出。
5.根据权利要求2所述基于TM01模式光转换的涡旋激光器，其特征在于，其工作方式为：
激光光源(1)发出的激光，通过可控波分复用器(2)后进入少模掺杂增益光纤(3)被增益放大，然后通过TM01模式光选模器(4)选模输出TM01模式光，TM01模式光之后再入射至λ/4光纤波片(5)经过透射后，经过保偏光纤偏振器(6)和保偏光纤(7)到达第一可控光纤光栅(8)，第一可控光纤光栅(8)作为激光谐振腔的一个腔镜，而第二可控光纤光栅(9)则作为激光谐振腔的另一个腔镜，被可控光纤光栅(8)反射的线偏振涡旋光经过保偏光纤(7)和保偏光纤偏振器(6)，而后再次入射至λ/4光纤波片(5)经过透射，再依次经过TM01模式光选模器(4)和少模掺杂增益光纤(3)，被少模掺杂增益光纤(3)再次增益放大后入射至可控波分复用器(2)的合束端，被可控波分复用器(2)分束后从第二分束端输出，传导至第二可控光纤光栅(9)；由此，便在第一可控光纤光栅(8)和第二可控光纤光栅(9)之间形成激光谐振腔；若控制第一可控光纤光栅(8)部分透射和第二可控光纤光栅(9)完全反射，此时，由第一可控光纤光栅(8)的光出射端作为涡旋激光器的第一光输出端，输出线偏振涡旋激光；若控制第一可控光纤光栅(8)完全反射和第二可控光纤光栅(9)部分透射，则此时由第二可控光纤光栅(9)的光出射端作为涡旋激光器的第二光输出端，输出左旋圆偏振涡旋激光。
6.一种基于TM01模式光转换的涡旋激光器，其特征在于，包括激光光源(1)、光耦合器(10)、少模掺杂增益光纤(3)、TM01模式光选模器(4)、λ/4光纤波片(5)、保偏光纤偏振器(6)、保偏光纤(7)和光分路器(11)；
所述光耦合器(10)的合束端连接至少模掺杂增益光纤(3)的一端，所述激光光源(1)发出的激光入射至光耦合器(10)的第一光输入端，使得激光光源(1)发出的激光经过光耦合器(10)输出至少模掺杂增益光纤(3)；所述少模掺杂增益光纤(3)的另一端连接至TM01模式光选模器(4)的一个光路端，TM01模式光选模器(4)的另一个光路端通过λ/4光纤波片(5)连接至保偏光纤偏振器(6)的一个光路端，且所述λ/4光纤波片(5)的光轴垂直于光入射方向；所述保偏光纤偏振器(6)的另一个光路端再通过保偏光纤(7)连接至光分路器(11)的光输入端，所述光分路器(11)的一个分路输出端通过光纤连接至光耦合器(10)的第二光输入端，光分路器(11)的另一个分路输出端作为涡旋激光器的光输出端。
7.根据权利要求6所述基于TM01模式光转换的涡旋激光器，其特征在于，所述激光光源(1)为980nm激光光源，所述少模掺杂增益光纤(3)为少模掺铒光纤放大器，用以对980nm激光增益放大产生1550nm的出射光。
8.根据权利要求6所述基于TM01模式光转换的涡旋激光器，其特征在于，其工作方式为：
激光光源(1)发出的激光，通过光耦合器(10)后进入少模掺杂增益光纤(3)被增益放大，然后通过TM01模式光选模器(4)选模输出TM01模式光，TM01模式光之后再入射至λ/4光纤波片(5)经过透射后，经过保偏光纤偏振器(6)和保偏光纤(7)传输至光分路器(11)，再经光分路器(11)分路，一部分输出，另一部通过光纤返回光耦合器(10)进而再回到少模掺杂增益光纤(3)被增益放大后再向光分路器(11)的方向传输，如此循环，便形成激光谐振腔，从而使得涡旋激光器能够以光分路器(11)的一个分路输出端作为涡旋激光器自身的光输出端，输出线偏振涡旋激光。
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