CN203720405U - 一种基于薄膜型空间滤波器的波导模式控制器 - Google Patents
一种基于薄膜型空间滤波器的波导模式控制器 Download PDFInfo
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Abstract
本实用新型公开了一种基于薄膜型空间滤波器的波导模式控制器，属于激光器技术领域。这种波导模式控制器包括多模波导和薄膜型空间滤波器，其特征在于，在多模波导中嵌入薄膜型空间滤波器，模角不在空间滤波器角域带宽以内的波导模式被抑制，从而实现波导模式的控制。关键在于合理设计薄膜型空间滤波器结构，该结构可以是折射率沿波导纵向变化的一维薄膜结构以及横向和纵向都改变的二维结构，且可通过改变滤波结构的材料或/和尺寸参数来调节空间滤波器的角域带宽。本实用新型实现较为简单、成本较低和高阶模抑制效果好，可应用于波导激光器中。
Description
技术领域
本实用新型涉及波导激光器件领域，特别涉及一种基于薄膜型空间滤波器的波导模式控制器。
背景技术
近年来，波导模式控制器受到越来越多的关注，尤其在高功率激光领域。为了获得更高功率的激光通常需要增大波导的芯径，但芯径的增加必然激发起波导高阶模，从而使输出光束质量下降。为了提高大芯径波导输出激光的光束质量，需要对波导的模式进行控制。目前实现波导模式控制器的主要方法有：光子晶体光纤、弯曲损耗、锥形光纤、功率增益导引、螺旋芯光纤。光子晶体光纤抑制高阶模效果最佳，但是其制作工艺复杂，成本较高，且光子晶体光纤柔性差，较难实现全光纤结构；弯曲损耗法比较简单，在模式不太多的情况下抑制效果较好，但是对更大芯径的光纤效果有限，且影响激光的模场；锥形光纤方法也比较简单，但由于纤芯变细，在高功率下容易损伤；另外，功率增益导引和螺旋芯光纤等方法都需要在制作光纤时采用特殊的制作工艺，成本较高。因此，为了降低成本和提高高阶模抑制效果，人们有必要进一步探索波导模式控制器。
发明内容
本实用新型提出在多模波导中嵌入薄膜型空间滤波器来实现波导模式控制器，能有效抑制波导的高阶模，改善激光光束质量。该实用新型具有较为简单、成本较低和高阶模抑制效果好的特点，可应用于波导激光器中。
下面阐述本实用新型的技术解决方案。
一种波导模式控制器，包括多模波导和薄膜型空间滤波器，其特征在于，在多模波导中嵌入薄膜型空间滤波器，利用薄膜型空间滤波器来控制通过的波导模式，从而实现波导模式的控制。
多模波导可以是常规介质波导、金属波导或光子晶体波导，由波导理论可知每一种波导模式对应唯一的模角。
薄膜型空间滤波器可以是折射率沿波导纵向变化的一维薄膜结构以及横向和纵向都改变的二维结构。
薄膜型空间滤波器结构的参数，由需要设计的空间滤波器的角域带宽和工作波长决定。
多模波导中的激光光束通过薄膜型空间滤波器时，模角不在空间滤波器角域带宽以内的波导模式被抑制。
通过调整薄膜型空间滤波器的角域带宽，可实现波导模式的控制。
相较于现有模式控制技术，本实用新型提出在多模波导中嵌入薄膜型空间滤波器实现波导模式控制器。该实用新型实现较为简单、成本较低，且高阶模抑制效果好，适合应用于波导激光器领域。
附图说明
图1：基于薄膜型空间滤波器的波导模式控制器的结构示意图。
图2：基于薄膜型空间滤波器的波导模式控制器单元之常规介质多模波导示例。
图3：基于薄膜型空间滤波器的波导模式控制器单元之金属多模波导示例。
图4：基于薄膜型空间滤波器的波导模式控制器单元之光子晶体多模波导示例。
图5：基于多层渐变薄膜型低通空间滤波器的常规介质平板波导模式控制器实施例的结构示意图。
图6：多层渐变薄膜型低通空间滤波器的结构示意图。
图7：常规介质平板波导的基模激光光束通过角域带宽为 的多层渐变薄膜型低通空间滤波器的传输效果图。
图8：常规介质平板波导的一阶TE模激光光束通过角域带宽为的多层渐变薄膜型低通空间滤波器的传输效果图。
图9：常规介质平板波导的二阶TE模激光光束通过角域带宽为的多层渐变薄膜型低通空间滤波器的传输效果图。
图10：常规介质平板波导的基模激光光束通过角域带宽为的多层渐变薄膜型低通空间滤波器的传输效果图。
图11：常规介质平板波导的一阶TE模激光光束通过角域带宽为的多层渐变薄膜型低通空间滤波器的传输效果图。
图12：常规介质平板波导的二阶TE模激光光束通过角域带宽为的多层渐变薄膜型低通空间滤波器的传输效果图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作详细说明，但不应以此限制本实用新型的保护范围。
图1为本实用新型波导模式控制器的结构示意图，在多模波导（1）中嵌入薄膜型空间滤波器（2）来实现波导模式的控制。多模波导（1）可以是如图2所示的常规介质波导、图3所示的金属波导、图4所示的光子晶体波导三种波导中的任意一种。
图5为本实用新型的具体实施例，多模波导选用的是常规介质平板波导，薄膜型空间滤波器选用多层渐变薄膜型低通空间滤波器，实现对常规介质平板波导模式的控制。
常规介质平板波导由 厚的LiF薄膜构成导波层（4），周围为空气覆盖层（3）和（5）。根据波导理论，此波导可以承载3个TE模和3个TM模。在后面讨论中，我们以TE模为例，该波导的模角按模序0、1、2分别对应为、、。
图6为多层渐变薄膜型低通空间滤波器（6）的结构图，其折射率与光学厚度的关系可表示为，为LiF基底材料的折射率，其值为1.38；为折射率最大的变化量，其值为1.1；为一个常数，这里选为；表示光学厚度对应的层序数，每层光学厚度均为。调整每层光学厚度参数，空间滤波器的角域带宽也能被调谐。
激光系统工作波长设为，调节多层渐变薄膜型低通空间滤波器（6）的光学厚度参数 ，该空间滤波器角域带宽为。图7、图8和图9分别为常规介质波导的基模、一阶和二阶TE模激光光束通过该空间滤波器的程序模拟传输效果图。比较图7、图8和图9可以得出，基模和一阶模均能通过，而二阶模被抑制。
为实现单模传输，使空间滤波器角域带宽只包含基模激光光束的模角，调节多层渐变薄膜型低通空间滤波器（6）的每层光学厚度参数 ，该空间滤波器角域带宽变为。图10、图11和图12为常规介质波导的基模、一阶、二阶TE模激光光束通过该空间滤波器的程序模拟传输效果图。从图10、11和图12可以得出，只有基模可以通过，而其余高阶模均被抑制，从而实现了波导单模输出。
Claims (3)
1.一种波导模式控制器，包括多模波导和薄膜型空间滤波器，其特征在于所述波导模式控制器是在多模波导中嵌入薄膜型空间滤波器，模角不在空间滤波器角域带宽以内的波导模式被抑制，从而实现波导模式的控制。
2.根据权利要求1所述的波导模式控制器，其特征在于所述的多模波导可以是常规介质波导、金属波导或光子晶体波导。
3.根据权利要求1所述的波导模式控制器，其特征在于所述薄膜型空间滤波器可以是折射率沿波导纵向变化的一维薄膜结构以及横向和纵向都改变的二维结构，且可通过改变空间滤波器的材料或/和尺寸参数来调节其角域带宽。
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| CN201320834233.2U CN203720405U (zh) | 2013-12-18 | 2013-12-18 | 一种基于薄膜型空间滤波器的波导模式控制器 |
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2013
- 2013-12-18 CN CN201320834233.2U patent/CN203720405U/zh not_active Expired - Fee Related
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