CN113690727A - 一种单模光纤激光器单偏振光输出方法及装置 - Google Patents

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CN113690727A CN202111040420.9A CN202111040420A CN113690727A CN 113690727 A CN113690727 A CN 113690727A CN 202111040420 A CN202111040420 A CN 202111040420A CN 113690727 A CN113690727 A CN 113690727A
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Abstract

本发明公开的属于激光器技术领域，具体为一种单模光纤激光器单偏振光输出方法及装置，该单模光纤激光器单偏振光输出方法的具体步骤流程如下：设定起偏器的工作偏振轴为x轴，与其正交的偏振轴为y轴，将单偏振光输出装置光路置于高精度的温控装置中，可以抑制光波传输相位随温度变化而变化的影响，将单模光纤激光器输出的不确定偏振状态的光波变换成固定偏振态光波，实现保偏光纤激光器功能，该发明通过采用单模光纤激光器和单偏振光输出装置组合的方式，一方面实现保偏光纤激光器的替代大大降低系统成本，另一方面在单模光纤激光器应用场景中可以提高系统信噪比和抗偏振干扰能力，拓展光纤激光器应用领域。

Description

一种单模光纤激光器单偏振光输出方法及装置
技术领域
本发明涉及激光器技术领域，具体为一种单模光纤激光器单偏振光输出方法及装置。
背景技术
光纤激光器内的谐振腔无光学镜片，具有免调节、免维护、高稳定性的优点，且兼容性好，能够胜任恶劣的工作环境。其中窄线宽光纤激光器作为一种的优质激光源，具有阈值低、输出光束质量好、转换效率高，同时具有极低相位噪声和超长相干长度等显著优点，在光纤传感、光纤通信、激光雷达、水听器、分布式石油管道检测等光学相干系统中具有广阔的应用前景。
光纤激光器通常采用泵浦激光器激励掺杂光纤的方法来产生种子激光，并采用掺铒光纤放大器等对种子激光进行光放大。其中，部分高端应用场景需要单偏振窄线宽光波来提高系统的信噪比，通常采用全保偏器件来制作保偏光纤激光器。由于全保偏光纤器件相对于单模光纤器件要贵很多，特别是保偏掺杂光纤和保偏光放大器，因此高昂的成本限制了窄线宽光纤激光器的行业应用拓展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种单模光纤激光器单偏振光输出方法及装置，以解决上述背景技术中提出的现有的光纤激光器结构复杂，在使用时不方便且使用成本比较高的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种单模光纤激光器单偏振光输出方法，该单模光纤激光器单偏振光输出方法的具体步骤流程如下：
(1)设定起偏器的工作偏振轴为x轴，与其正交的偏振轴为y轴，将单偏振光输出装置光路置于高精度的温控装置中，可以抑制光波传输相位随温度变化而变化的影响，为简化分析，将光纤中传输光波的相位和传输损耗均设置为常数0，设单模光纤激光器输出光波归一化幅度为1，光波的偏振轴与x轴的角度差为θ，则激光器输出光波可以表示为：
Figure BDA0003249057280000021
偏振分束器将偏振角度θ不确定的输入光波分成两束偏振正交的光波，一个输出端输出x轴光波分量，另一个输出端输出y轴光波分量；
(2)设置第一熔接点的偏振轴熔接角度为0°，则输入到保偏耦合器对应输入端口的光波可以表示为：
Figure BDA0003249057280000022
(3)设置第二熔接点的偏振轴熔接角度为90°，则输入到保偏耦合器对应输入端口的光波可以表示为：
Figure BDA0003249057280000023
(4)通过上述的0°和90°偏振轴熔接，输入到保偏耦合器的两束光波的偏振轴均为x轴，两束光波在保偏耦合器处干涉并分成两束相等的光波，
Figure BDA0003249057280000024
分别可以表示为：
Figure BDA0003249057280000025
(5)保偏耦合器的两个输出端光波各自接一个起偏器，可以消除光器件和熔接角度的偏振轴不理想因素的影响，通过以上方法组成的单偏振光输出装置可以将单模光纤激光器不确定偏振状态的光波转换成固定偏振态输出光波，从事实现替代保偏光纤激光器的功能。
一种如权利要求1所述的单模光纤激光器单偏振光输出装置，包括偏振分束器、第一熔点、第二熔点、保偏耦合器、第一起偏器、第二起偏器和温控装置，所述偏振分束器的输入端作为单偏振输出装置的输入端，所述偏振分束器器的两个输出端均通过各自熔点分别与保偏耦合器的两个输入端相连接，所述保偏耦合器的两个输出端分别与各自的起偏器输入端相连，两个所述起偏器的输出端作为单偏振输出装置的输出端。
优选的，所述偏振分束器的输入a端作为装置的输入端口与外部输入单模光纤激光器输出端相连，所述偏振分束器的输出b端口通过第一熔点与保偏耦合器的输入a端相连，所述保偏耦合器的输出c端口与第一起偏器的输入a端口相连，所述保偏耦合器的输出d端口与第二起偏器的输入a端口相连。
优选的，所述偏振分束器的输出b端口和保偏耦合器的输入a端口的光纤长度和等于偏振分束器的输出c端口和保偏耦合器的输入b端口的光纤长度和。
优选的，所述偏振分束器、第一熔点、第二熔点、保偏耦合器、第一起偏器、第二起偏器均置于温控装置内实施高精度温度控制。
优选的，所述第一熔点和第二熔点的偏振轴熔接角度组合有两种形式，一种为一个熔点为90度熔接，另一个熔点为0度熔接，另一种为，两个熔点均为45度熔接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明采用偏振分束器、保偏光纤耦合器、起偏器以及偏振轴旋转熔接方法，将单模光纤激光器输出的不确定偏振状态的光波变换成固定偏振态光波，实现保偏光纤激光器功能，该发明通过采用单模光纤激光器和单偏振光输出装置组合的方式，一方面实现保偏光纤激光器的替代大大降低系统成本，另一方面在单模光纤激光器应用场景中可以提高系统信噪比和抗偏振干扰能力，拓展光纤激光器应用领域。
附图说明
图1为本发明装置结构示意图。
图中：1偏振分束器、2第一熔点、3第二熔点、4保偏耦合器、5第一起偏器、6第二起偏器、7温控装置。
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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
实施例：
请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种单模光纤激光器单偏振光输出方法，该单模光纤激光器单偏振光输出方法的具体步骤流程如下：
(1)设定起偏器的工作偏振轴为x轴，与其正交的偏振轴为y轴，将单偏振光输出装置光路置于高精度的温控装置中，可以抑制光波传输相位随温度变化而变化的影响，为简化分析，将光纤中传输光波的相位和传输损耗均设置为常数0，设单模光纤激光器输出光波归一化幅度为1，光波的偏振轴与x轴的角度差为θ，则激光器输出光波可以表示为：
Figure BDA0003249057280000041
偏振分束器将偏振角度θ不确定的输入光波分成两束偏振正交的光波，一个输出端输出x轴光波分量，另一个输出端输出y轴光波分量；
(2)设置第一熔接点的偏振轴熔接角度为0°，则输入到保偏耦合器对应输入端口的光波可以表示为：
Figure BDA0003249057280000051
(3)设置第二熔接点的偏振轴熔接角度为90°，则输入到保偏耦合器对应输入端口的光波可以表示为：
Figure BDA0003249057280000052
(4)通过上述的0°和90°偏振轴熔接，输入到保偏耦合器的两束光波的偏振轴均为x轴，两束光波在保偏耦合器处干涉并分成两束相等的光波，
Figure BDA0003249057280000053
分别可以表示为：
Figure BDA0003249057280000054
(5)保偏耦合器的两个输出端光波各自接一个起偏器，可以消除光器件和熔接角度的偏振轴不理想因素的影响，通过以上方法组成的单偏振光输出装置可以将单模光纤激光器不确定偏振状态的光波转换成固定偏振态输出光波，从事实现替代保偏光纤激光器的功能。
一种如权利要求1所述的单模光纤激光器单偏振光输出装置，包括偏振分束器1、第一熔点2、第二熔点3、保偏耦合器4、第一起偏器5、第二起偏器6和温控装置7，所述偏振分束器1的输入端作为单偏振输出装置的输入端，所述偏振分束器器1的两个输出端均通过各自熔点分别与保偏耦合器4的两个输入端相连接，所述保偏耦合器4的两个输出端分别与各自的起偏器输入端相连，两个所述起偏器的输出端作为单偏振输出装置的输出端。
所述偏振分束器1的输入a端作为装置的输入端口与外部输入单模光纤激光器输出端相连，所述偏振分束器1的输出b端口通过第一熔点2与保偏耦合器4的输入a端相连，所述保偏耦合器4的输出c端口与第一起偏器5的输入a端口相连，所述保偏耦合器4的输出d端口与第二起偏器6的输入a端口相连。
所述偏振分束器1的输出b端口和保偏耦合器4的输入a端口的光纤长度和等于偏振分束器1的输出c端口和保偏耦合器4的输入b端口的光纤长度和。
偏振分束器1、第一熔点2、第二熔点3、保偏耦合器4、第一起偏器5、第二起偏器6均置于温控装置7内实施高精度温度控制，从而实现偏振态的稳定输出，第一起偏器5的输出b端口和第二起偏器5的输出b端口作为装置的两个独立的输出端口，输出两路独立的单偏振光波。
第一熔点2和第二熔点3的偏振轴熔接角度组合有两种形式，一种为一个熔点为90度熔接，另一个熔点为0度熔接，另一种为，两个熔点均为45度熔接。
工作原理：本发明中采用偏振轴旋转熔接的方式将偏振分束器1、保偏耦合器4、第一起偏器5和第二起偏器6连接起来，实现将单模光纤激光器偏振态不确定的输出光波转换成偏振态固定的光波，以此组合的形式实现保偏光纤激光器的功能，具有结构简单、成本低的优点，可以广泛替代高成本的保偏光纤激光器。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点,对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
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 (6)

1.一种单模光纤激光器单偏振光输出方法，其特征在于，该单模光纤激光器单偏振光输出方法的具体步骤流程如下：
(1)设定起偏器的工作偏振轴为x轴，与其正交的偏振轴为y轴，将单偏振光输出装置光路置于高精度的温控装置中，可以抑制光波传输相位随温度变化而变化的影响，为简化分析，将光纤中传输光波的相位和传输损耗均设置为常数0，设单模光纤激光器输出光波归一化幅度为1，光波的偏振轴与x轴的角度差为θ，则激光器输出光波可以表示为：
Figure FDA0003249057270000011
偏振分束器将偏振角度θ不确定的输入光波分成两束偏振正交的光波，一个输出端输出x轴光波分量，另一个输出端输出y轴光波分量；
(2)设置第一熔接点的偏振轴熔接角度为0°，则输入到保偏耦合器对应输入端口的光波可以表示为：
Figure FDA0003249057270000012
(3)设置第二熔接点的偏振轴熔接角度为90°，则输入到保偏耦合器对应输入端口的光波可以表示为：
Figure FDA0003249057270000013
(4)通过上述的0°和90°偏振轴熔接，输入到保偏耦合器的两束光波的偏振轴均为x轴，两束光波在保偏耦合器处干涉并分成两束相等的光波，分别可以表示为：
Figure FDA0003249057270000014
(5)保偏耦合器的两个输出端光波各自接一个起偏器，可以消除光器件和熔接角度的偏振轴不理想因素的影响，通过以上方法组成的单偏振光输出装置可以将单模光纤激光器不确定偏振状态的光波转换成固定偏振态输出光波，从事实现替代保偏光纤激光器的功能。
2.一种如权利要求1所述的单模光纤激光器单偏振光输出装置，包括偏振分束器(1)、第一熔点(2)、第二熔点(3)、保偏耦合器(4)、第一起偏器(5)、第二起偏器(6)和温控装置(7)，其特征在于，所述偏振分束器(1)的输入端作为单偏振输出装置的输入端，所述偏振分束器器(1)的两个输出端均通过各自熔点分别与保偏耦合器(4)的两个输入端相连接，所述保偏耦合器(4)的两个输出端分别与各自的起偏器输入端相连，两个所述起偏器的输出端作为单偏振输出装置的输出端。
3.根据权利要求2所述的一种单模光纤激光器单偏振光输出装置，其特征在于：所述偏振分束器(1)的输入a端作为装置的输入端口与外部输入单模光纤激光器输出端相连，所述偏振分束器(1)的输出b端口通过第一熔点(2)与保偏耦合器(4)的输入a端相连，所述保偏耦合器(4)的输出c端口与第一起偏器(5)的输入a端口相连，所述保偏耦合器(4)的输出d端口与第二起偏器(6)的输入a端口相连。
4.根据权利要求2所述的一种单模光纤激光器单偏振光输出装置，其特征在于：所述偏振分束器(1)的输出b端口和保偏耦合器(4)的输入a端口的光纤长度和等于偏振分束器(1)的输出c端口和保偏耦合器(4)的输入b端口的光纤长度和。
5.根据权利要求2所述的一种单模光纤激光器单偏振光输出装置，其特征在于：所述偏振分束器(1)、第一熔点(2)、第二熔点(3)、保偏耦合器(4)、第一起偏器(5)、第二起偏器(6)均置于温控装置(7)内实施高精度温度控制。
6.根据权利要求2所述的一种单模光纤激光器单偏振光输出装置，其特征在于：所述第一熔点(2)和第二熔点(3)的偏振轴熔接角度组合有两种形式，一种为一个熔点为90度熔接，另一个熔点为0度熔接，另一种为，两个熔点均为45度熔接。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114674302A (zh) * 2022-05-30 2022-06-28 深圳奥斯诺导航科技有限公司 死端光功率回收再利用的双偏振光纤陀螺

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