全光纖軸對稱偏振光激光器.pdf

1、光纖激光器相對于傳統(tǒng)固體激光器來說具有工作效率高，光束質(zhì)量好，體積小，結(jié)構(gòu)緊湊，穩(wěn)定性好等優(yōu)點。其應用領域分布廣泛，包括科學研究、工業(yè)加工、光纖通信、傳感等。由于光纖中的基模為優(yōu)勢模，沒有截止頻率，所以光纖激光器的輸出模場一般為基模分布，其偏振態(tài)在整個光束橫截面上為各處相同的均一分布。
　　 近來的矢量光學研究進展表明，存在中心位相奇點的軸對稱偏振光具有兩種正交的偏振態(tài)分布，徑向偏振光和角向偏振光。在光學操控、成像等應用中，軸對

2、稱偏振光相對于普通偏振光可以提供更加豐富的偏振態(tài)控制。光源的產(chǎn)生往往需要特殊光學元件和較為復雜的諧振腔結(jié)構(gòu)。
　　 光纖波導理論顯示，光纖內(nèi)的高階模式，如TE模和TM模，其模場的偏振態(tài)分布呈現(xiàn)出軸對稱特性，并分別對應著角向偏振光和徑向偏振光，因此借助高階模式的激發(fā)，光纖激光器同樣能夠產(chǎn)生軸對稱偏振光。
　　 本論文的研究課題得到國家自然科學基金等項目的支持，目的是通過腔型結(jié)構(gòu)設計和激光器波長控制，利用光纖模式特性，實現(xiàn)軸

3、稱偏振光在全光纖結(jié)構(gòu)激光器中的振蕩輸出。研究對于簡化軸對稱偏振光的實現(xiàn)方案，獲得結(jié)構(gòu)緊湊、使用便捷的激光光源具有重要意義。
　　 本論文主要研究工作有：
　　 1.在實驗中利用單模光纖和少模光纖構(gòu)建諧振腔，基于光纖準直器之間不同的耦合狀態(tài)實現(xiàn)少模光纖中高階模式的激發(fā)，直腔結(jié)構(gòu)激光器從少模光纖端的輸出具有軸對稱偏振特性，實現(xiàn)了軸對稱偏振光激光光源的全光纖結(jié)構(gòu)化。實驗中獲得工作波長在1030nm附近激光輸出，激光器斜率效率為

4、5％，閾值功率為30mW，最大輸出功率為10mW。通過對少模光纖施加應力的方式實現(xiàn)輸出偏振態(tài)的連續(xù)變換，獲得分別獲得角向和徑向偏振態(tài)的輸出。
　　 2.分析了入射光的參量對少模光纖中模式激發(fā)的影響，將螺旋位相板引入光路，利用光束位相變換和光纖模式耦合特性提升高階模式轉(zhuǎn)換效率，耦合效率由直接耦合時的10％提高到50％，對于進一步提高激光器工作效率有指導意義。
　　 3.利用注入鎖定的方法實現(xiàn)軸對稱偏振光激光器的單頻輸出，實

5、驗研究了外注入和互注入狀態(tài)下光纖激光器的工作特性，通過觀察分析光譜，RF頻譜和遠場干涉光強分布確定注入效果。光纖DFB和直腔激光器構(gòu)成復合腔結(jié)構(gòu)，DFB光柵結(jié)構(gòu)作為激光器腔鏡提供反射。作為注入信號的單頻光在由光纖DFB產(chǎn)生，并耦合到工作在軸對稱偏振光輸出的直腔激光器內(nèi)，由于注入信號的影響鎖定直腔激光器振蕩頻率并實現(xiàn)在單頻工作。相移光纖光柵在反射譜中存在窄帶透射窗口，理論模擬了少模光纖相移光柵對TE和TM模的透射譜，透射光場的模式純度可以

6、通過少模光纖相移光柵對于窄線寬軸對稱偏振光的濾波得以實現(xiàn)。
　　 本論文主要創(chuàng)新點包括：
　　 1.利用光纖激光器結(jié)構(gòu)實現(xiàn)軸對稱偏振光輸出，激光器輸出功率為10mW，工作波長在1030nm附近。通過對光纖施加剪切應力，輸出偏振態(tài)能夠在角向偏振光和徑向偏振光之間實現(xiàn)切換。
　　 2.利用光纖DFB激光器的注入鎖定實現(xiàn)軸對稱偏振光纖激光器的單頻輸出，工作波長為1053.8nm，分析了少模光纖相移光柵對高階模的透射特性