CN113471800B - 基于布拉格光栅的可选横模输出激光器及激光输出方法 - Google Patents

基于布拉格光栅的可选横模输出激光器及激光输出方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于布拉格光栅的可选横模输出激光器及激光输出方法。该激光器包括泵浦源、波分复用器、增益介质、偏振控制器、有效横模选择元件、光纤布拉格光栅一、激光输出端，组成有效横模选择元件的结构包括非对称F‑P腔；非对称F‑P腔是由光纤布拉格光栅二和高反射腔镜构成；经光纤布拉格光栅二进入非对称F‑P腔内的光束，由高反射腔镜进行反射；通过改变或选择由光纤布拉格光栅二和高反射腔镜构成的非对称F‑P腔的腔长，控制特定波长的光束经光纤布拉格光栅二从非对称F‑P腔内反射回谐振腔中；通过偏振控制器改变光束偏振态，最后在激光输出端实现对应模式的输出。通过改变或选择腔长以及调节激光偏振态，能够选择包括平顶光束的多种横模的输出。

Description

基于布拉格光栅的可选横模输出激光器及激光输出方法
技术领域
本发明涉及基于布拉格光栅的波长-横模有效选择输出技术，具体涉及一种基于布拉格光栅的可选横模输出激光器及激光输出方法，属于激光领域。
背景技术
光纤激光器以其结构紧凑、输出光束质量好、稳定性高、热管理方便等优势，在通信、遥感、医疗和加工等领域发挥着重要作用。光纤中不同的模式具有特殊的振幅、相位、偏振态、轨道角动量、空间相干性等表征参量。这使得具有不同光场特性的模式在实际应用中具有巨大的潜能。例如：携带轨道角动量的涡旋光场在光学操纵、超分辨成像、提高通信容量等方面有很高的研究价值，偏振态依赖空间分布的矢量光场凭借独特的偏振特性可以实现更好的激光加工效果，具有能量均匀分布的平顶光束在激光微纳加工领域发挥着独特的优势，等等。近年来，随着光纤通信领域模分复用技术的兴起、结构广场和多模非线性效应等新兴学科的快速发展，光纤激光器中的模式调控技术逐渐成为研究热点。因此，寻找能够实现可选横模输出的高质量化的激光器的方案就显得十分重要且有意义。
基于少模光纤光栅的模式选择技术由于其具有波长选择性好、体积小、模间耦合可控等优点，科学家们进行了大量的研究。例如：2011年，J.M.O.Daniel等人利用基于光纤布拉格光栅和体布拉格光栅的反馈元件的不同光谱响应来实现波长相关的模式滤波。2013年，Biao Sun等人利用少模光纤光栅特有的横模-波长关联特性，通过在腔内加入可调谐滤波器调节振荡波长，获得了具有高质量的不同横模输出。2014年，JiangLi Dong等人采用双模光纤光栅(FBG)进行横向模选择，实现了激光器基模(LP01模式)、二阶模(LP11模式)或它们的混合模式下连续输出的锁模光纤激光器。2016年，TONG LIU等人用一对少模光纤布拉格光栅作为有效的横模选择器，可以在特定的横模下输出激光。2019年，XIAO LIANG等人设计了一种基于少模光纤布拉格光栅(FBG)，通过切换对应于自耦合模式或交叉耦合模式的谐振波长来实现选择性横向模式操作的选择性横模工作的光纤激光器。但是，现有的可选横模激光器多为单一高阶横模直接振荡输出，或者只有很少数量的横模可以选择输出。并且，据我们所知，目前还没有一种方案能够实现可选的横模中包括平顶光束。
发明内容
本发明的第一发明目的：针对目前可选横模输出的光纤激光器能够选择输出的横模数量少，并且还没有现有的光纤激光器方案能够实现包括平顶光束的可选横模输出，本发明基于少模布拉格光栅(FBG)的F-P腔选模技术，提出一种可选横模输出激光器。
本发明实现其第一发明目的所采取的技术方案：一种基于布拉格光栅的可选横模输出激光器，包括泵浦源、波分复用器、增益介质、偏振控制器、有效横模选择元件、光纤布拉格光栅一、激光输出端，组成所述有效横模选择元件的结构包括非对称F-P腔；所述非对称F-P腔是由光纤布拉格光栅二和高反射腔镜构成；经光纤布拉格光栅二进入非对称F-P腔内的光束，由高反射腔镜进行反射；通过改变或选择由光纤布拉格光栅二和高反射腔镜构成的非对称F-P腔的腔长，控制特定波长的光束经光纤布拉格光栅二从非对称F-P腔内反射回谐振腔中；通过偏振控制器改变光束偏振态，最后在激光输出端实现对应模式的输出；所述谐振腔的两端腔壁是由光纤布拉格光栅一和光纤布拉格光栅二构成。
进一步地，组成所述有效横模选择元件的结构包括非对称F-P腔；所述非对称F-P腔是由光纤布拉格光栅二和一个高反射腔镜构成，且高反射腔镜可沿光轴移动；经光纤布拉格光栅二进入非对称F-P腔内的光束，由高反射腔镜进行反射；通过移动高反射腔镜改变由光纤布拉格光栅二和高反射腔镜构成的非对称F-P腔的腔长，控制特定波长的光束经光纤布拉格光栅二从非对称F-P腔内反射回谐振腔中；通过偏振控制器改变光束偏振态，最后在激光输出端实现对应模式的输出；所述谐振腔的两端腔壁是由光纤布拉格光栅一和光纤布拉格光栅二构成。
进一步地，组成所述有效横模选择元件的结构包括非对称F-P腔，还包括半波片、偏振分光棱镜；所述半波片用于改变光束的相位；所述偏振分光棱镜用于改变光束方向，同时起到改变光束的偏振态的作用；所述非对称F-P腔是由光纤布拉格光栅二和两个高反射腔镜构成；半波片和偏振分光棱镜位于非对称F-P腔内，且满足任意一个高反射腔镜与偏振分光棱镜之间的距离不同(即满足由光纤布拉格光栅二和每个高反射腔镜构成的非对称F-P腔的腔长均不同)；由光纤布拉格光栅二、半波片、偏振分光棱镜和任意一个高反射腔镜构成一条光路；经光纤布拉格光栅二进入非对称F-P腔内的光束，依次通过半波片和偏振分光棱镜的调整，选择由任意一个高反射腔镜进行反射(即通过选择由光纤布拉格光栅二和高反射腔镜构成的非对称F-P腔的腔长)，控制特定波长的光束经光纤布拉格光栅二从非对称F-P腔内反射回谐振腔中；通过偏振控制器改变光束偏振态，最后在激光输出端实现对应模式的输出；所述谐振腔的两端腔壁是由光纤布拉格光栅一和光纤布拉格光栅二构成。
进一步地，所述高反射腔镜可沿光轴移动。(即：可通过移动高反射腔镜改变高反射腔镜与偏振分光棱镜之间的距离，调节经光纤布拉格光栅二从非对称F-P腔内反射回来的光束的波长的范围，进一步增加可选横模输出的种类。)
进一步地，所述高反射腔镜为银镜；或者所述高反射腔镜为光纤布拉格光栅。
进一步地，所述激光器包括泵浦源、波分复用器、增益介质、偏振控制器、有效横模选择元件、光纤布拉格光栅一、激光输出端；所述偏振控制器包括2个，分别记为偏振控制器一和偏振控制器二；
泵浦源与波分复用器相连，并通过波分复用器将泵浦光耦合至增益介质，向增益介质提供能量，激励增益介质工作；
波分复用器有3个端口，分别记为端口一、端口二、端口三；端口一为泵浦光输入端，其与泵浦源输出端相连；端口二为泵浦光输出端，其与增益介质相连；端口三与偏振控制器一相连；
增益介质为掺镱光纤，其两端分别与偏振控制器二、波分复用器相连；
偏振控制器二的两端分别与增益介质、有效横模选择元件相连；
偏振控制器一的两端分别与波分复用器、光纤布拉格光栅一相连；
光纤布拉格光栅一的两端分别与偏振控制器一、激光输出端相连；
光纤布拉格光栅一和有效横模选择元件中的光纤布拉格光栅二构成谐振腔，且所述谐振腔为线性谐振腔；根据布拉格反射条件，利用有效横模选择元件选择特定波长的光束返回谐振腔中，并结合偏振控制器改变光束偏振态，最后在激光输出端实现对应模式的输出。
本发明的第二发明目的：提出一种基于光纤布拉格光栅组成非对称F-P腔，通过改变腔长和控制激光偏振态，实现多个高纯度模式或混合模式的可选择输出的方法。
本发明实现其第二发明目的所采取的技术方案：一种采用基于布拉格光栅的可选横模输出激光器的激光输出方法，所述方法包括：通过改变或选择由光纤布拉格光栅二和高反射腔镜构成的非对称F-P腔的腔长，使一种横模模式对应波长的光束经光纤布拉格光栅二从非对称F-P腔内反射回谐振腔中，此时所述激光器工作在单横模模式下，并结合偏振控制器改变光束偏振态，最后在激光输出端输出单横模模式的光束。
进一步地，通过改变或选择由光纤布拉格光栅二和高反射腔镜构成的非对称F-P腔的腔长，使二阶模对应波长的光束经光纤布拉格光栅二从非对称F-P腔内反射回谐振腔中，此时所述激光器工作在二阶模模式下，并结合偏振控制器改变光束偏振态，最后在激光输出端输出二阶模光束；所述二阶模光束包括偏振涡旋光束(即柱矢量光束)和相位涡旋光束；通过调整偏振控制器改变光束偏振态来控制输出所述偏振涡旋光束或者所述相位涡旋光束。
本发明实现其第二发明目的所采取的技术方案：一种采用基于布拉格光栅的可选横模输出激光器的激光输出方法，所述方法包括：通过改变或选择由光纤布拉格光栅二和高反射腔镜构成的非对称F-P腔的腔长，使两种以上横模模式对应波长的混合光束经光纤布拉格光栅二从非对称F-P腔内反射回谐振腔中，此时所述激光器工作在多横模混合模式下，并结合偏振控制器改变光束偏振态，最后在激光输出端输出多横模混合模式的光束。
进一步地，通过改变或选择由光纤布拉格光栅二和高反射腔镜构成的非对称F-P腔的腔长，使基模对应波长和二阶模对应波长的混合光束经光纤布拉格光栅二从非对称F-P腔内反射回谐振腔中，此时所述激光器工作在基模和二阶模的混合模式下，并结合偏振控制器改变光束偏振态使得二阶模叠加产生涡旋光束，此时在激光输出端输出的是基模和涡旋光束的叠加，若通过改变或选择由光纤布拉格光栅二和高反射腔镜构成的非对称F-P腔的腔长使基模和涡旋光束的比例接近1:1,则最后在激光输出端输出平顶光束。(基模和环状的涡旋光束叠加才能形成平顶光束；二阶模是两个瓣状，它和基模的叠加不是平顶光束，但是二阶模经过偏振调节和叠加能够形成涡旋光束。平顶光束的形成：二阶模经过偏振调节和叠加能够形成涡旋光束(比如OAM±1＝LPlma±i×LPlmb)，当基模和涡旋光束的叠加并且比例接近1:1时出现平顶光束。在此，我们通过调节腔长使得激光器工作在基模和二阶模两个模式下，调节腔内偏振态使得二阶模叠加产生涡旋光束，则激光器输出的是基模和涡旋光束的叠加，若腔长调节在合适的距离下，基模和涡旋光束的比例接近1:1,则在激光输出端输出平顶光束。)
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明激光器的有效横模选择元件包括由光纤布拉格光栅和高反射腔镜构成非对称F-P腔结构，通过选择或改变腔长以及调节激光偏振态，能够选择多种横模的输出，并且采用本发明激光器能够实现包括平顶光束的可选横模输出。
(2)本发明方法通过选择或改变腔长和控制激光偏振态，能够实现多个高纯度模式的可选横模输出；甚至能够实现可选横模输出的模式中包括平顶光束的情况。
(3)本发明可选横模切换输出的方法适用于基模、一阶模和高阶模的单一或混合模式的选择输出。
(4)本发明激光器具有全光纤化的可能，比如通过另一个大宽带的光纤布拉格光栅作为高反射腔镜。
下面通过具体实施方式及附图对本发明作进一步详细说明。
附图说明
图1为本发明实施例中基于布拉格光栅的可选横模输出激光器的结构示意图；图中各标号分别表示如下：1为波分复用器，2为增益介质，3为偏振控制器一，4为偏振控制器二，5为光纤布拉格光栅一，6为光纤布拉格光栅二，7为准直器一，8为准直器二，9为高反射腔镜一，10为高反射腔镜二，11为半波片，12为偏振分光棱镜，13为偏振涡旋光束，14为相位涡旋光束，15为平顶光束，16为泵浦源。
图2为本发明实施例中所产生的偏振涡旋光束及其通过偏振分光棱镜后不同偏振方向的光斑图；其中，图(a)是所产生的偏振涡旋光束图；图(b)、图(c)、图(d)和图(e)是所产生的偏振涡旋光束通过偏振分光棱镜(PBS)后不同偏振方向的光斑图，图中箭头表示偏振方向。
图3为本发明实施例中所产生的相位涡旋光束及其干涉图样；其中，图(a)和图(b)分别是所产生的OAM+1相位涡旋光束及其干涉图样；图(c)和图(d)分别是所产生的OAM-1相位涡旋光束及其干涉图样。
图4为本发明实施例中所产生的平顶光束图。
图5为本发明实施例中基于光纤布拉格光栅非对称F-P腔作为有效横模选择元件的原理示意图。
具体实施方式
实施例
本例给出一种基于布拉格光栅的可选横模输出激光器，如图1所示，包括泵浦源16(本例泵浦源为976nm泵浦源)、波分复用器1、增益介质2(本例增益介质为掺镱光纤Yb-1200)、偏振控制器(本例偏振控制器包括2个，分别记为偏振控制器一3和偏振控制器二4)、有效横模选择元件、光纤布拉格光栅一5、激光输出端(本例激光输出端包括准直器二8)。本例组成该有效横模选择元件的结构包括非对称F-P腔，还包括半波片11、偏振分光棱镜12；半波片11用于改变光束的相位；偏振分光棱镜12用于改变光束方向，同时起到改变光束的偏振态的作用；该非对称F-P腔是由光纤布拉格光栅二6和两个高反射腔镜(即：高反射腔镜一9、高反射腔镜二10)构成，且本例高反射腔镜为银镜；半波片11和偏振分光棱镜12位于非对称F-P腔内，还包括准直器一7，且满足：高反射腔镜一9与偏振分光棱镜12之间的距离，高反射腔镜二10与偏振分光棱镜12之间的距离，二者距离不同(即满足由光纤布拉格光栅二6和每个高反射腔镜构成的非对称F-P腔的腔长均不同)；由光纤布拉格光栅二6、半波片11、偏振分光棱镜12和高反射腔镜一9构成一条光路；由光纤布拉格光栅二6、半波片11、偏振分光棱镜12和高反射腔镜二10构成另一条光路；经光纤布拉格光栅二6进入非对称F-P腔内的光束，依次通过半波片11和偏振分光棱镜12的调整，选择由高反射腔镜一9或者高反射腔镜二10进行反射(即通过选择由光纤布拉格光栅二6和高反射腔镜构成的非对称F-P腔的腔长)，控制特定波长的光束经光纤布拉格光栅二6从非对称F-P腔内反射回谐振腔中；通过偏振控制器(偏振控制器一3和偏振控制器二4)改变光束偏振态，最后在激光输出端实现对应模式的输出。
泵浦源16与波分复用器1相连，并通过波分复用器1将泵浦光耦合至增益介质2，向增益介质2提供能量，激励增益介质2工作。
波分复用器1有3个端口，分别记为端口一、端口二、端口三；端口一为泵浦光输入端，其与泵浦源16输出端相连；端口二为泵浦光输出端，其与增益介质2相连；端口三与偏振控制器一3相连。
增益介质2为掺镱光纤Yb-1200，其两端分别与偏振控制器二4、波分复用器1相连。
偏振控制器二4的两端分别与增益介质2、有效横模选择元件相连。
偏振控制器一3的两端分别与波分复用器1、光纤布拉格光栅一5相连。
光纤布拉格光栅一5的两端分别与偏振控制器一3、激光输出端相连。
光纤布拉格光栅一5和有效横模选择元件中的光纤布拉格光栅二6构成谐振腔，且该谐振腔为线性谐振腔；根据布拉格反射条件，利用有效横模选择元件选择特定波长的光束返回谐振腔中，并结合偏振控制器改变光束偏振态，最后在激光输出端实现对应模式的输出。
本例中，高反射腔镜(高反射腔镜一9、高反射腔镜二10)可沿光轴移动，并且通过半波片11和偏振分光棱镜12的组合实现两个光路的切换选择，增加了可选输出的横模模式的数量。
本例给出的基于布拉格光栅的可选横模输出激光器可选择输出的多种横模，可选横模包括偏振涡旋光束(即柱矢量光束)13、相位涡旋光束14、平顶光束15等。
另外，本例还给出采用上述基于布拉格光栅的可选横模输出激光器的激光输出方法。
(一)该方法包括：通过改变或选择由光纤布拉格光栅二和高反射腔镜构成的非对称F-P腔的腔长，使基模对应波长的光束经光纤布拉格光栅二从非对称F-P腔内反射回谐振腔中，此时该激光器工作在基模模式下，并结合偏振控制器改变光束偏振态，最后在激光输出端输出基模光束。
(二)该方法包括：通过改变或选择由光纤布拉格光栅二和高反射腔镜构成的非对称F-P腔的腔长，使二阶模对应波长的光束经光纤布拉格光栅二从非对称F-P腔内反射回谐振腔中，此时该激光器工作在二阶模模式下，并结合偏振控制器改变光束偏振态，最后在激光输出端输出二阶模光束；该二阶模光束包括偏振涡旋光束和相位涡旋光束；通过调整偏振控制器改变光束偏振态来控制输出偏振涡旋光束(如图2(a)所示)或者相位涡旋光束(如图3(a)(c)所示)。
由本方法通过控制偏振控制器能够得到偏振涡旋光束和相位涡旋光束,验证所产生的光束如下：
(1)如图2所示，为了进一步验证由本方法所产生的如图2(a)所示的光为偏振涡旋光束，将所产生的光通过偏振分光棱镜(PBS)后，光束变为如图2(b)～(e)所示的两个瓣状光斑，图中箭头分别对应偏振方向。由此得出，所产生的如图2(a)所示的光为偏振涡旋光束。
(2)如图3所示，为了进一步验证由本方法所产生的如图3(a)(c)所示的光均为相位涡旋光束，将所产生的光分别利用干涉的方法来验证，得到如图3(b)(d)所示的螺旋状的干涉图样。由此得出，所产生的如图3(a)(c)所示的光均为相位涡旋光束。
(三)该方法包括：通过改变或选择由光纤布拉格光栅二和高反射腔镜构成的非对称F-P腔的腔长，使基模对应波长和二阶模对应波长的混合光束经光纤布拉格光栅二从非对称F-P腔内反射回谐振腔中，此时该激光器工作在基模和二阶模的混合模式下，并结合偏振控制器改变光束偏振态使得二阶模叠加产生涡旋光束，此时在激光输出端输出的是基模和涡旋光束的叠加，若通过改变或选择由光纤布拉格光栅二和高反射腔镜构成的非对称F-P腔的腔长使基模和涡旋光束的比例接近1:1,则最后在激光输出端输出平顶光束(如图4所示)。(基模和环状的涡旋光束叠加才能形成平顶光束；二阶模是两个瓣状，它和基模的叠加不是平顶光束，但是二阶模经过偏振调节和叠加能够形成涡旋光束。平顶光束的形成：二阶模经过偏振调节和叠加能够形成涡旋光束(比如OAM±1＝LPlma±i×LPlmb)，当基模和涡旋光束的叠加并且比例接近1:1时出现平顶光束。在此，通过调节腔长使得激光器工作在基模和二阶模两个模式下，调节腔内偏振态使得二阶模叠加产生涡旋光束，则激光器输出的是基模和涡旋光束的叠加，若腔长调节在合适的距离下，基模和涡旋光束的比例接近1:1,则在激光输出端输出平顶光束。)
本发明同样适用于其他高阶模式下，取决于搭建的激光器所使用的光纤，此处仅以传输基模(LP01模式)和二阶模(LP11模式)为例进行补充说明，如下：
基于光纤布拉格光栅的横模-波长相关特性，其和高反射腔镜组成的非对称F-P腔对不同的模式具有不同的光谱响应，其原理示意举例如图5所示。考虑到光纤中不同模式的色散曲线以及布拉格光栅方程
Figure BDA0003144197770000071
(在特定波长下，某一特定模式的布拉格反射条件)，从图5(a)我们可以得到不同模式的自耦合波长，对于给定的光纤和布拉格光栅，不同的模式对应不同的反射波长是确定的。通过优化非对称F-P腔的腔长，可使激光器工作在基模(LP01模式)或/和二阶模(LP11模式)下，具有特殊光谱响应的布拉格光栅和高反射腔镜组成的非对称F-P腔的反射率随波长的变化曲线如图5(b)所示。例如，通过调节非对称F-P腔的腔长可以影响透过谱的变化如图5(b)中的length1和length2，即：若通过调节非对称F-P腔的腔长，使非对称F-P腔对λ1(对应LP11模)具有反射率，而对λ2(对应LP01模)不具有反射率，对应图中length1，则此时激光器工作在二阶模LP11模式下，通过调节光束的偏振态，我们就可以得到偏振涡旋光束(i.e.
Figure BDA0003144197770000072
)或者相位涡旋光束(i.e.OAM±1＝LPlma±i×LPlmb)；若通过调节非对称F-P腔的腔长，使非对称F-P腔对λ1和λ2均具有反射率，对应图中length2，则此时激光器工作在LP01和LP11的叠加下，调节非对称F-P腔的腔长可以调节模式之间的比例，当LP01和涡旋光束的比例约为1:1时，此时激光器可以输出平顶光束。
以上实施例仅表达了本发明的部分具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于布拉格光栅的可选横模输出激光器，包括泵浦源、波分复用器、增益介质、偏振控制器、有效横模选择元件、光纤布拉格光栅一、激光输出端，其特征在于：组成所述有效横模选择元件的结构包括非对称F-P腔；所述非对称F-P腔是由光纤布拉格光栅二和高反射腔镜构成；经光纤布拉格光栅二进入非对称F-P腔内的光束，由高反射腔镜进行反射；通过改变或选择由光纤布拉格光栅二和高反射腔镜构成的非对称F-P腔的腔长，控制特定波长的光束经光纤布拉格光栅二从非对称F-P腔内反射回谐振腔中；通过偏振控制器改变光束偏振态，最后在激光输出端实现对应模式的输出；所述谐振腔的两端腔壁是由光纤布拉格光栅一和光纤布拉格光栅二构成；所述特定波长是指与激光输出端输出的模式相匹配的波长，其基本原理是光纤布拉格光栅的横模-波长相关特性。
2.根据权利要求1所述的一种基于布拉格光栅的可选横模输出激光器，其特征在于：组成所述有效横模选择元件的结构包括非对称F-P腔；所述非对称F-P腔是由光纤布拉格光栅二和一个高反射腔镜构成，且高反射腔镜可沿光轴移动；经光纤布拉格光栅二进入非对称F-P腔内的光束，由高反射腔镜进行反射；通过移动高反射腔镜改变由光纤布拉格光栅二和高反射腔镜构成的非对称F-P腔的腔长，控制特定波长的光束经光纤布拉格光栅二从非对称F-P腔内反射回谐振腔中；通过偏振控制器改变光束偏振态，最后在激光输出端实现对应模式的输出；所述谐振腔的两端腔壁是由光纤布拉格光栅一和光纤布拉格光栅二构成。
3.根据权利要求1所述的一种基于布拉格光栅的可选横模输出激光器，其特征在于：组成所述有效横模选择元件的结构包括非对称F-P腔，还包括半波片、偏振分光棱镜；所述半波片用于改变光束的相位；所述偏振分光棱镜用于改变光束方向，同时起到改变光束的偏振态的作用；所述非对称F-P腔是由光纤布拉格光栅二和两个高反射腔镜构成；半波片和偏振分光棱镜位于非对称F-P腔内，且满足任意一个高反射腔镜与偏振分光棱镜之间的距离不同；由光纤布拉格光栅二、半波片、偏振分光棱镜和任意一个高反射腔镜构成一条光路；经光纤布拉格光栅二进入非对称F-P腔内的光束，依次通过半波片和偏振分光棱镜的调整，选择由任意一个高反射腔镜进行反射，控制特定波长的光束经光纤布拉格光栅二从非对称F-P腔内反射回谐振腔中；通过偏振控制器改变光束偏振态，最后在激光输出端实现对应模式的输出；所述谐振腔的两端腔壁是由光纤布拉格光栅一和光纤布拉格光栅二构成。
4.根据权利要求3所述的一种基于布拉格光栅的可选横模输出激光器，其特征在于：所述高反射腔镜可沿光轴移动。
5.根据权利要求1-4任一所述的一种基于布拉格光栅的可选横模输出激光器，其特征在于：所述高反射腔镜为银镜；或者所述高反射腔镜为光纤布拉格光栅。
6.根据权利要求1-4任一所述的一种基于布拉格光栅的可选横模输出激光器，其特征在于：所述激光器包括泵浦源、波分复用器、增益介质、偏振控制器、有效横模选择元件、光纤布拉格光栅一、激光输出端；所述偏振控制器包括2个，分别记为偏振控制器一和偏振控制器二；
泵浦源与波分复用器相连，并通过波分复用器将泵浦光耦合至增益介质，向增益介质提供能量，激励增益介质工作；
波分复用器有3个端口，分别记为端口一、端口二、端口三；端口一为泵浦光输入端，其与泵浦源输出端相连；端口二为泵浦光输出端，其与增益介质相连；端口三与偏振控制器一相连；
增益介质为掺镱光纤，其两端分别与偏振控制器二、波分复用器相连；
偏振控制器二的两端分别与增益介质、有效横模选择元件相连；
偏振控制器一的两端分别与波分复用器、光纤布拉格光栅一相连；
光纤布拉格光栅一的两端分别与偏振控制器一、激光输出端相连；
光纤布拉格光栅一和有效横模选择元件中的光纤布拉格光栅二构成谐振腔，且所述谐振腔为线性谐振腔；根据布拉格反射条件，利用有效横模选择元件选择特定波长的光束返回谐振腔中，并结合偏振控制器改变光束偏振态，最后在激光输出端实现对应模式的输出。
7.一种采用如权利要求1-6任一所述的基于布拉格光栅的可选横模输出激光器的激光输出方法，其特征在于，所述方法包括：通过改变或选择由光纤布拉格光栅二和高反射腔镜构成的非对称F-P腔的腔长，使一种横模模式对应波长的光束经光纤布拉格光栅二从非对称F-P腔内反射回谐振腔中，此时所述激光器工作在单横模模式下，并结合偏振控制器改变光束偏振态，最后在激光输出端输出单横模模式的光束。
8.根据权利要求7所述的一种采用基于布拉格光栅的可选横模输出激光器的激光输出方法，其特征在于：通过改变或选择由光纤布拉格光栅二和高反射腔镜构成的非对称F-P腔的腔长，使二阶模对应波长的光束经光纤布拉格光栅二从非对称F-P腔内反射回谐振腔中，此时所述激光器工作在二阶模模式下，并结合偏振控制器改变光束偏振态，最后在激光输出端输出二阶模光束；所述二阶模光束包括偏振涡旋光束和相位涡旋光束；通过调整偏振控制器改变光束偏振态来控制输出所述偏振涡旋光束或者所述相位涡旋光束。
9.一种采用如权利要求1-6任一所述的基于布拉格光栅的可选横模输出激光器的激光输出方法，其特征在于，所述方法包括：通过改变或选择由光纤布拉格光栅二和高反射腔镜构成的非对称F-P腔的腔长，使两种以上横模模式对应波长的混合光束经光纤布拉格光栅二从非对称F-P腔内反射回谐振腔中，此时所述激光器工作在多横模混合模式下，并结合偏振控制器改变光束偏振态，最后在激光输出端输出多横模混合模式的光束。
10.根据权利要求9所述的一种采用基于布拉格光栅的可选横模输出激光器的激光输出方法，其特征在于，所述方法包括：通过改变或选择由光纤布拉格光栅二和高反射腔镜构成的非对称F-P腔的腔长，使基模对应波长和二阶模对应波长的混合光束经光纤布拉格光栅二从非对称F-P腔内反射回谐振腔中，此时所述激光器工作在基模和二阶模的混合模式下，并结合偏振控制器改变光束偏振态使得二阶模叠加产生涡旋光束，此时在激光输出端输出的是基模和涡旋光束的叠加，若通过改变或选择由光纤布拉格光栅二和高反射腔镜构成的非对称F-P腔的腔长使基模和涡旋光束的比例接近1:1,则最后在激光输出端输出平顶光束。
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