CN113555759A - 一种全保偏光纤结构的环形光斑输出连续光纤激光器 - Google Patents

一种全保偏光纤结构的环形光斑输出连续光纤激光器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及光纤激光器技术领域，具体公开了一种全保偏光纤结构的环形光斑输出连续光纤激光器，包括第一布拉格光纤光栅、第一长周期光纤光栅、波分复用器、泵浦源、增益光纤、第二长周期光纤光栅、第二布拉格光纤光栅、偏振合束器以及输出端；本发明利用保偏光纤抗环境干扰的优点，解决了目前环形光斑激光器输出功率不稳定、光斑不均匀的问题，有效提升了高阶模式输出的光纤激光器的实用性，本发明可以应用于工业激光加工、表面等离子体激发、粒子操纵、显微成像和光存储等领域。

Description

一种全保偏光纤结构的环形光斑输出连续光纤激光器
技术领域
本发明涉及光纤激光器技术领域，具体为一种全保偏光纤结构的环形光斑输出连续光纤激光器。
背景技术
轴对称偏振光束不同于常规的均匀偏振光,其偏振在光束横截面内呈对称分布，且强度上呈中心为零点的“甜甜圈”，其模式为光纤LP11模式中4个简并矢量模式，轴对称偏振光主要包括径向偏振光和角向偏振光,其对称电场分布使其在表面等离子体激发、光镊、粒子加速、激光加工等领域都有着独特的应用优势。因而轴对称偏振光束的产生方法备受研究者们的关注,但由于光纤制造过程中的误差以及光纤内模式的串扰，实际的高阶模光纤激光器的输出光斑存在不稳定不均匀的问题，而环形光斑的获得，则需要额外的器件解除LP11模式的简并。
目前，产生柱矢量光束的方法主要分为主动方式和被动方式两种。主动方式主要是通过利用腔内的双折射晶体损耗掉光束中的某些偏振状态或者利用偏振态的叠加来产生柱矢量光束，这种方法的问题在于对器件的精度要求高，而作用范围相对较小；而被动方式是在激光腔内或外加入偏振控制器件，其缺点在于易受环境干扰，稳定性差，实用性不强。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前基于普通光纤的高阶模输出光纤激光器功率稳定性差，输出光斑不均匀，实用性不强的问题，设计了一种全保偏光纤结构的环形光斑输出连续光纤激光器。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种全保偏光纤结构的环形光斑输出连续光纤激光器，包括第一布拉格光纤光栅、第一长周期光纤光栅、波分复用器、泵浦源、增益光纤、第二长周期光纤光栅、第二布拉格光纤光栅、偏振合束器以及输出端，所述第一布拉格光纤光栅和第二布拉格光纤光栅作为激光腔的反射镜；
其中，所述第一长周期光纤光栅和第二长周期光纤光栅用于将LP01模式转换为LP11模式；
其中，泵浦源用于产生泵浦光；
其中，波分复用器用于将泵浦光耦合进谐振腔内；
其中，增益光纤，用于吸收泵浦光并产生信号光；
其中，偏振合束器用于将两束偏振态正交的激光合成一个环形光斑；
其中，输出端，用于输出信号光；
所述波分复用器的第一端依次通过所述第一长周期光纤光栅和第一布拉格光纤光栅与所述偏振合束器的第一端相连，所述波分复用器的第二端依次通过所述增益光纤、第二长周期光纤光栅和第二布拉格光纤光栅与所述偏振合束器的第二端相连，所述波分复用器的第一端还与所述泵浦源连接，所述偏振合束器的第三端与所述输出端相连接。
优选的，所述增益光纤为保偏光纤，且保偏光纤内掺杂有稀土元素。
优选的，所述第一布拉格光纤光栅和第二布拉格光纤光栅为刻在保偏光纤上的布拉格光栅。
优选的，所述第一长周期光纤光栅和第二长周期光纤光栅为刻在保偏光纤上的长周期光栅。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明涉及的激光器为全光纤结构，结构紧凑、稳定。
2.本发明涉及的激光器最终合成的环形光斑激光状态为相干的激光信号；实现了LP11模式在激光腔内稳定存在，并输出光斑均匀的环形光斑；实用性较强。
附图说明
图1为本发明的器件连接结构示意图。
图中：1-第一长周期光纤光栅；2-第一布拉格光纤光栅；3-波分复用器；4-泵浦源；5-增益光纤；6-第二长周期光纤光栅；7-第二布拉格光纤光栅；8-偏振合束器；9-输出端。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种全保偏光纤结构的环形光斑输出连续光纤激光器，包括第一布拉格光纤光栅1、第一长周期光纤光栅2、波分复用器3、泵浦源4、增益光纤5、第二长周期光纤光栅6、第二布拉格光纤光栅7、偏振合束器8以及输出端9，第一布拉格光纤光栅1和第二布拉格光纤光栅7为刻在保偏光纤上的布拉格光栅，且作为激光腔的反射镜；第一长周期光纤光栅2和第二长周期光纤光栅6为刻在保偏光纤上的长周期光栅，且用于将LP01模式转换为LP11模式；泵浦源4用于产生泵浦光，其中泵浦源4为中心波长为976nm的半导体激光器；波分复用器3用于将泵浦光耦合进谐振腔内，其中，波分复用器3采用976nm/1064nm波分复用器；增益光纤5，用于吸收泵浦光并产生信号光，偏振合束器8用于将两束偏振态正交的激光合成一个环形光斑，输出端9，用于输出信号光，波分复用器3的第一端依次通过第一长周期光纤光栅2和第一布拉格光纤光栅1与偏振合束器8的第一端相连，波分复用器3的第二端依次通过增益光纤5、第二长周期光纤光栅6和第二布拉格光纤光栅7与偏振合束器8的第二端相连，波分复用器3的第一端还与泵浦源4连接，偏振合束器8的第三端与输出端9相连接。使用时，腔内谐振的信号光通过第一长周期光纤光栅2和第二长周期光纤光栅6后，由基模转化为LP11模式，并在保偏光纤中形成两瓣的光斑模场分布，在第一布拉格光纤光栅1和第二布拉格光纤光栅7上部分输出信号光，剩下的信号光返回激光腔中，最终在激光腔内不断振荡形成连续激光，由于偏振合束器8可以将两束偏振信号光以正交偏振方向合成一束信号光，将左右两臂的输出信号光接入到偏振合束器8上，可以输出一束具有完整环形的信号光，最后通过切割输出端9的长度使之输出端口中的两束信号光成相干合成的一束信号激光。
本实施例中，增益光纤5为保偏光纤，且保偏光纤内掺杂有稀土元素，稀土元素包括但不限于镱、铒、铥。
本发明的优势在于利用保偏光纤优越的环境抗干扰性，以及左右双输出的直腔模式，还有全光纤紧凑的结构特性，使得LP11模式在激光腔内稳定存在，并保证了输出光斑的均匀分布。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种全保偏光纤结构的环形光斑输出连续光纤激光器，其特征在于，包括：
第一布拉格光纤光栅(1)；
第一长周期光纤光栅(2)；
波分复用器(3)；
泵浦源(4)；
增益光纤(5)；
第二长周期光纤光栅(6)；
第二布拉格光纤光栅(7)；
偏振合束器(8)以及
输出端(9)，所述第一布拉格光纤光栅(1)和第二布拉格光纤光栅(7)作为激光腔的反射镜；
其中，所述第一长周期光纤光栅(2)和第二长周期光纤光栅(6)用于将LP01模式转换为LP11模式；
其中，泵浦源(4)用于产生泵浦光；
其中，波分复用器(3)用于将泵浦光耦合进谐振腔内；
其中，增益光纤(5)，用于吸收泵浦光并产生信号光；
其中，偏振合束器(8)用于将两束偏振态正交的激光合成一个环形光斑；
其中，输出端(9)，用于输出信号光；
所述波分复用器(3)的第一端依次通过所述第一长周期光纤光栅(2)和第一布拉格光纤光栅(1)与所述偏振合束器(8)的第一端相连，所述波分复用器(3)的第二端依次通过所述增益光纤(5)、第二长周期光纤光栅(6)和第二布拉格光纤光栅(7)与所述偏振合束器(8)的第二端相连，所述波分复用器(3)的第一端还与所述泵浦源(4)连接，所述偏振合束器(8)的第三端与所述输出端(9)相连接。
2.根据权利要求1所述的一种全保偏光纤结构的环形光斑输出连续光纤激光器，其特征在于：所述增益光纤(5)为保偏光纤，且保偏光纤内掺杂有稀土元素。
3.根据权利要求1所述的一种全保偏光纤结构的环形光斑输出连续光纤激光器，其特征在于：所述第一布拉格光纤光栅(1)和第二布拉格光纤光栅(7)为刻在保偏光纤上的布拉格光栅。
4.根据权利要求1所述的一种全保偏光纤结构的环形光斑输出连续光纤激光器，其特征在于：所述第一长周期光纤光栅(2)和第二长周期光纤光栅(6)为刻在保偏光纤上的长周期光栅。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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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

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