高純度軸對(duì)稱偏振光束全光纖激光器.pdf

1、軸對(duì)稱偏振光束(CVB)，不同于常規(guī)的均勻偏振光，其偏振在光束橫截面內(nèi)呈對(duì)稱分布，且強(qiáng)度上呈中心為零點(diǎn)的“甜甜圈”。軸對(duì)稱偏振光主要包括徑向偏振光和角向偏振光，其對(duì)稱電場(chǎng)分布使其在表面等離子體激發(fā)、光鑷、粒子加速、激光加工等領(lǐng)域都有著獨(dú)特的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。因而軸對(duì)稱偏振光束的產(chǎn)生方法備受研究者們的關(guān)注，其中利用少模光纖獲得軸對(duì)稱偏振光束是一種簡(jiǎn)便、低廉的方法。
　　少模光纖中的二階本征橫模包括四種簡(jiǎn)并模式，其中TM01和TE01模式分別

2、為徑向和角向偏振模式，因而利用模式耦合激發(fā)這兩種模式能夠?qū)崿F(xiàn)軸對(duì)稱偏振光束的輸出。但單純的利用光纖耦合激發(fā)很難同時(shí)保證輸出模式的純度和耦合效率，我們提出了利用少模光柵作為模式選擇元件在保證耦合效率的同時(shí)進(jìn)行高純度的軸對(duì)稱偏振模式提取。
　　少模光纖光柵具有多個(gè)布拉格反射波長(zhǎng)，每個(gè)反射波長(zhǎng)對(duì)應(yīng)不同階次的橫模，利用這一點(diǎn)，我們可以將模式耦合中殘留的基模濾除從而獲得純凈的二階模式。通過(guò)這個(gè)模式波長(zhǎng)關(guān)聯(lián)特性我們實(shí)現(xiàn)了高純度的軸對(duì)稱偏振模式

3、的連續(xù)激光和鎖模脈沖激光輸出，以及橫模-波長(zhǎng)關(guān)聯(lián)可調(diào)激光。
　　本文的主要研究工作和成果:
　　1.搭建了基于少模光纖光柵的DBR CVB摻鐿全光纖激光器。該激光器具有低閾值、高純度及單波長(zhǎng)窄線寬等特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)獲得了模式純度分別為94.2％和95.1％的徑向偏振模式和角向偏振模式，激光器閾值功率低至16 mW，并且工作于單波長(zhǎng)窄線寬:40dB線寬小于0.2 nm，信噪比大于55 dB。同時(shí)，還提出了一種適用于光纖輸出CVB的模

4、式純度的測(cè)量方法。
　　2.利用非線性放大環(huán)形鏡作為鎖模元件，搭建了一種級(jí)聯(lián)光柵的8字腔結(jié)構(gòu)光纖激光器。實(shí)驗(yàn)中利用環(huán)形器級(jí)聯(lián)單模布拉格光纖光柵(SMFBG)和少模布拉格光纖光柵(FMFBG)來(lái)增強(qiáng)激光器的光譜窄化，實(shí)現(xiàn)了50 dB帶寬0.35 nm的窄光譜鎖模，滿足了FMFBG作為濾模元件對(duì)光譜寬度的要求，在獲得矩形鎖模脈沖輸出的同時(shí)，得到了純度為96％的徑向偏振激光。
　　3.針對(duì)FMFBG對(duì)不同模式有不同反射波長(zhǎng)的特性，

5、從實(shí)驗(yàn)上搭建了一種“橫模-波長(zhǎng)”關(guān)聯(lián)可調(diào)的光纖激光器。能夠通過(guò)調(diào)節(jié)激光器內(nèi)的濾波器的透射峰位置來(lái)控制激光器的諧振波長(zhǎng)，當(dāng)激光器工作在FMFBG的三個(gè)不同反射峰位置時(shí)，我們獲得了基模、二階模和相干混合模三種不同的橫模狀態(tài)。
　　4.提出了基于表面等離子體偏振模式損耗機(jī)制的兩種不同結(jié)構(gòu)的金屬芯光纖，并通過(guò)計(jì)算仿真證明圓形金屬芯光纖能夠在6 cm內(nèi)獲得40 dB的模式損耗差濾除其他模式獲得純凈的TE01模;而齒輪狀金屬光纖能夠在1 cm

6、內(nèi)獲得40 dB的模式損耗差別獲得純凈的TM01模。
　　本論文的創(chuàng)新點(diǎn):
　　1.提出了獲取高純的軸對(duì)稱偏振光束的方法，該方法利用少模光纖光柵作為濾模元件。基于這種方法，我們實(shí)現(xiàn)了連續(xù)和脈沖激光輸出的軸對(duì)稱偏振激光，并且值得注意的是這中方法不限于作者實(shí)驗(yàn)中的波長(zhǎng)，而是能夠通過(guò)選擇合適的光纖和光柵拓展應(yīng)用至其他波長(zhǎng)。只要有合適的少模光纖和與之對(duì)應(yīng)的少模光纖光柵以及合適的增益介質(zhì)，這種方法可以拓展到其他任一波段實(shí)現(xiàn)軸對(duì)稱偏振光