CN204680894U - 一种可实现柱矢量偏振激光输出的随机光纤激光器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种可实现柱矢量偏振激光输出的随机光纤激光器。该随机光纤激光器结构的一端利用长距离单模无源光纤中瑞利散射提供随机分布式反馈，与另一端的少模光纤布拉格光栅构成谐振腔，同时利用单模无源光纤的受激拉曼效应提供增益，保证随机光纤激光器谐振腔内仅有基模激光振荡，激光波长与少模光纤布拉格光栅工作波长一致。单模无源光纤与少模通信光纤的熔接点位置采用特定的纤芯错位熔接方式，在随机光纤激光器谐振腔内实现对高阶模式的有效激发。错芯熔接点的两侧各加入一个偏振控制器，通过调节偏振控制器可在输出端获得偏振可调的柱矢量偏振激光输出，即获得径向偏振、角向偏振等特殊偏振模式的激光。
Description
技术领域
本发明涉及随机光纤激光器技术领域，基于少模光纤布拉格光栅和随机分布式反馈，在全光纤结构下实现偏振可调的柱矢量偏振激光的激光输出。
背景技术
随机光纤激光器是指利用长距离无源光纤中的微弱瑞利反射提供随机分布式反馈替代传统点反馈方式的一种光纤激光器类型，于2010年首次被研究者报道【文献1】。研究发现，随机光纤激光器具有无纵模、近高斯型光谱和时域稳定性等特点，同时具备在外界环境噪声中稳定的长距离信号传输能力【文献2、3】。基于随机光纤激光器的上述优异特性，其在通信与传感领域具有巨大的应用潜力【文献4、5】。现有报道的随机光纤激光器实现的均为单横模（LP01基模）的激光输出，在实现高阶模式随机光纤激光输出方面存在研究空白。
柱矢量偏振光主要包括径向偏振和角向偏振两种，二者分别对应于二阶LP11模式中的TM01模式和TE01模式分量，因此获得柱矢量偏振光实际上是在获得高阶模式激光的基础上对相应的径向和角向偏振分量进行选择性的输出【文献6】。能够实现柱矢量偏振激光输出的光纤激光器，可广泛应用于光镊、切割、高精度测量、模分复用等，在材料加工、通信与传感领域具有巨大发展潜力【文献7、8】。【文献9】中提出了一种利用少模光纤布拉格光栅在常规光纤激光器中实现高阶模式输出的方式，其激光介质采用了增益光纤。
本发明提出一种偏振可调的实现柱矢量偏振激光输出的随机光纤激光器。该激光器无需增益光纤作为增益介质，利用长距离的单模无源光纤提供拉曼增益和随机分布式反馈，利用少模光纤布拉格光栅进行模式选择，通过错芯熔接和偏振控制器调节实现柱矢量偏振激光输出。
发明内容
为满足实际的工业应用需求，并克服现有技术方式的不足，本发明提出一种基于随机光纤激光器的实施方案，实现偏振可调的柱矢量偏振激光输出。
其基本思想如下：该随机光纤激光器结构的一端利用长距离单模无源光纤中瑞利散射提供随机分布式反馈，与另一端的少模光纤布拉格光栅构成谐振腔，同时利用单模无源光纤的受激拉曼效应提供增益，保证随机光纤激光器谐振腔内仅有基模激光振荡，激光波长与少模光纤布拉格光栅工作波长一致。单模无源光纤与少模通信光纤的熔接点位置采用特定的纤芯错位熔接方式，在随机光纤激光器谐振腔内实现对高阶模式的有效激发。
一种可实现柱矢量偏振激光输出的随机光纤激光器，包括：长距离单模无源光纤（1）、光纤波分复用器（2）、高功率1微米光纤激光（3）、1#偏振控制器（4）、错芯熔接点（5）、2#偏振控制器（6）、少模光纤布拉格光栅（7）、光纤准直器（8），其中，长距离单模无源光纤（1）与光纤波分复用器（2）的合束输出端采用熔接的方式加以连接；
通过光纤熔接的方式，将高功率1微米光纤激光（3）通过后向泵浦的方式注入光纤波分复用器（2）的泵浦信号输入端光纤；
光纤波分复用器（2）的各端光纤均为几何参数相同的单模无源光纤，光纤波分复用器的激光信号输入端光纤通过在横截面上纤芯错开一定距离(3至5微米)的方式与少模光纤布拉格光栅（7）的少模光纤熔接，构成错芯熔接点（5），在错芯熔接点（5）的两侧分别加上1#偏振控制器（4）和2#偏振控制器（6）进行调节，少模光纤布拉格光栅（7）的输出端光纤与光纤准直器（8）通过熔接方式连接。
所述少模光纤布拉格光栅（8）为一个刻写于少模光纤上的光纤布拉格光栅，所用少模光纤对于1微米附近波长的激光其光纤
参数满足2.405 ＜ ＜ 4，可以支持1到3个线性偏振光模的传输（LP01、LP11、LP21），
光纤的参数计算公式如下：
其中，为光纤的纤芯直径，为光纤的数值孔径，为激光工作波长。
该少模光栅的中心波长与光纤波分复用器激光信号输入端的光纤中心波长相同，同样满足对于的一级拉曼频移。
光栅的工作波长恰好与泵浦光的中心波长满足拉曼频移（13.2THz），该少模光栅对谐振腔内的基模激光具有高反射率。
所述光纤准直器（8）所用的光纤为几何参数与少模光纤布拉格光栅相同的少模光纤，激光经由准直器输出至自由空间。
所述的长距离单模无源光纤既可以采用双包层的单模被动光纤，又可以采用通信光纤，所用光纤的长度为几百米至几十千米不等，长距离单模无源光纤的自由端切8°斜角抑制端面反馈。
所述的高功率1微米光纤激光可由掺镱光纤激光器输出，中心波长在1.0-1.2微米。
所述的光纤波分复用器泵浦信号输入端光纤几何参数应与高功率1微米光纤激光的光纤匹配，中心波长也与高功率1微米光纤激光器的中心波长相同；光纤波分复用器激光信号输入端的光纤中心波长应对应于高功率1微米光纤激光的中心波长计算的一级拉曼波长。计算公式：
其中，=13.2 THz为硅基光纤中的拉曼频移，c为光速。
本发明的优点在于：少模光纤布拉格光栅对于基模激光实现全反射，而高阶模式激光可以透射通过，实现模式选择的功能。少模光纤布拉格光栅的输出端光纤通过熔接连接光纤准直器，实现激光的准直输出。错芯熔接点的两侧各加入一个偏振控制器，可以通过调节偏振控制器在输出端获得偏振可调的柱矢量偏振激光输出，即获得径向偏振、角向偏振等特殊偏振模式的激光。
附图说明
图 1 为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合图示对本发明进行进一步的说明。图1所示为本发明基于随机光纤激光器实现偏振可调的柱矢量偏振激光输出的结构示意图。该发明结构包括：长距离单模无源光纤（1）、光纤波分复用器（2）、高功率1微米光纤激光器（3）、1#偏振控制器（4）、错芯熔接点（5）、2#偏振控制器（6）、少模光纤布拉格光栅（7）、光纤准直器（8）。其中，长距离单模无源光纤（1）与光纤波分复用器（2）的合束输出端采用熔接的方式加以连接，无源光纤的自由端切约8°斜角抑制端面反馈。再通过光纤熔接的方式，将高功率1微米波段的光纤激光作为泵浦光注入光纤波分复用器（2）的泵浦信号输入端光纤。少模光纤布拉格光栅（8）为一个刻写于少模光纤上的光纤布拉格光栅，所用少模光纤对于1微米附近波长的激光其光纤V参数满足2.405 < V < 4，可以支持1到3个线性偏振光模的传输（LP01、LP11、LP21），光栅的工作波长恰好与泵浦光的中心波长满足拉曼频移（13.2THz），该少模光栅对谐振腔内的基模激光具有高反射率。光纤波分复用器（2）的各端光纤均为几何参数相同的单模无源光纤，波分复用器的激光信号输入端光纤通过在横截面上纤芯错开一定距离的方式与刻写有少模光纤布拉格光栅（7）的少模光纤熔接，构成错芯熔接点（5）。在错芯熔接点（5）的两侧分别加上1#偏振控制器（4）和2#偏振控制器（6）进行调节。少模光纤布拉格光栅（7）的输出端光纤与一个光纤准直器（8）通过熔接方式连接。光纤准直器（8）所用的光纤为几何参数与少模光纤布拉格光栅相同的少模光纤，激光经由准直器输出至自由空间。
举例说明本发明的具体实施方式如下：
在本实施例中，光纤波分复用器（2）的各端光纤均为双包层单模无源光纤，纤芯直径为9μm，包层直径为125μm，数值孔径为0.08。采用的高功率1微米光纤激光器（3）的工作波长为1018nm，最大输出功率约为10W，通过光纤熔接的方式与光纤波分复用器（2）的泵浦信号输入端光纤连接，实现1018nm泵浦激光的输入。光纤波分复用器（2）的合束输出端光纤与长距离单模无源光纤（1）通过熔接方式连接，采用的单模无源光纤长度约为10km，光纤几何参数与光纤波分复用器（2）的光纤相同。长距离单模无源光纤（1）的另一自由端切约8°斜角以抑制额外的端面反馈。少模光纤布拉格光栅（7）刻写在SMF-28e+的少模通信光纤上，通信光纤的纤芯直径约为9μm，包层直径为125μm，数值孔径为0.14，光纤V参数对于1070nm激光约为3.4，至少支持2个线性偏振光模（LP01、LP11）的传输。少模光纤布拉格光栅（7）的工作波长为1070nm，与1018nm的泵浦光波长满足13.2THz的拉曼频移，该光栅对于从光纤波分复用器（2）输入的1070nm激光具有约99%的高反射率。将光纤波分复用器（2）的激光信号输入端光纤与少模光纤布拉格光栅（7）所在的通信光纤熔接，熔接时在其横截面上错开3至5微米，构成错芯熔接点（5）。在错芯熔接点的两侧分别加入偏振控制器（4和6）进行偏振态调节，实现对不同偏振模式激光的选择性输出。少模光纤布拉格光栅（7）的输出端光纤与一个光纤准直器（8）通过熔接方式连接。光纤准直器（8）同样采用SMF-28e+少模通信光纤，激光经由准直器输出至自由空间。通过对偏振控制器的调节，输出的激光可以实现偏振可调的柱矢量偏振光输出，包括径向偏振（TM01模式）和角向偏振（TE01模式）的输出。
综上所述，本发明提出一种实现偏振可调的柱矢量偏振激光输出的随机光纤激光器。与以往的技术相比，本方法首次实现随机光纤激光器的柱矢量偏振模式（径向、角向）的输出，在通信与传感等领域存在巨大应用潜力，具有先进性与实用性。
参考文献
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Claims (4)
1. 一种可实现柱矢量偏振激光输出的随机光纤激光器，长距离单模无源光纤（1）、光纤波分复用器（2）、高功率1微米光纤激光（3）、1#偏振控制器（4）、错芯熔接点（5）、2#偏振控制器（6）、少模光纤布拉格光栅（7）、光纤准直器（8），其特征在于，
长距离单模无源光纤（1）与光纤波分复用器（2）的合束输出端采用熔接的方式加以连接，长距离单模无源光纤的自由端切8°斜角抑制端面反馈；
通过光纤熔接的方式，将高功率1微米光纤激光（3）通过后向泵浦的方式注入光纤波分复用器（2）的泵浦信号输入端光纤；
光纤波分复用器（2）的激光信号输入端光纤通过在横截面上纤芯错开3至5微米的方式与少模光纤布拉格光栅（7）的少模光纤熔接，构成错芯熔接点（5），在错芯熔接点（5）的两侧分别加上1#偏振控制器（4）和2#偏振控制器（6）进行调节，少模光纤布拉格光栅（7）的输出端光纤与光纤准直器（8）通过熔接方式连接。
2.根据权利要求1所述的一种可实现柱矢量偏振激光输出的随机光纤激光器，起特征在于，所述光纤准直器（8）所用的光纤为几何参数与少模光纤布拉格光栅相同的少模光纤，激光经由准直器输出至自由空间。
3.根据权利要求1所述的一种可实现柱矢量偏振激光输出的随机光纤激光器，起特征在于，所述光纤波分复用器（2）的各端光纤均为几何参数相同的单模无源光纤。
4.根据权利要求1所述的一种可实现柱矢量偏振激光输出的随机光纤激光器，起特征在于，所述的长距离单模无源光纤既可以采用双包层的单模被动光纤，又可以采用通信光纤，所用长距离单模无源光纤的长度为几百米至几十千米，长距离单模无源光纤的自由端切8度斜角。
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