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【資訊】環(huán)形光束“雙”切換—光纖中的新型激光光場(chǎng)調(diào)控方法

2025-06-23 18:02:42

【資訊】環(huán)形光束“雙”切換—光纖中的新型激光光場(chǎng)調(diào)控方法

  隨著激光光場(chǎng)的應(yīng)用拓展,在激光光場(chǎng)中引入偏振、相位自由度,實(shí)現(xiàn)新型結(jié)構(gòu)光場(chǎng)是當(dāng)前激光光場(chǎng)調(diào)控的發(fā)展趨勢(shì)。近年來(lái),基于全光纖結(jié)構(gòu)產(chǎn)生新型結(jié)構(gòu)光場(chǎng)受到廣泛關(guān)注,通過(guò)對(duì)偏振和相位的調(diào)控可以產(chǎn)生帶有偏振奇點(diǎn)的柱矢量光束、相位奇點(diǎn)的渦旋光束以及無(wú)衍射特點(diǎn)的貝塞爾光束,這些光場(chǎng)因其特殊的結(jié)構(gòu)可為實(shí)際工程問(wèn)題的解決提供新思路。


  為了在全光纖激光器中實(shí)現(xiàn)模式切換,需要引入模式轉(zhuǎn)換器。與大體積光纖組件和空間光器件相比,全光纖模式轉(zhuǎn)換器具有體積小、穩(wěn)定性強(qiáng)和擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn),使得激光器的緊湊性和熱穩(wěn)定性均可得到提升。其中,模式選擇耦合器(MSC)作為一種光纖模式轉(zhuǎn)換器件,可以通過(guò)調(diào)控相位匹配條件實(shí)現(xiàn)基模到高階模式的模式耦合,具有較寬的模式轉(zhuǎn)換帶寬、較低的插入損耗以及較高的模式純度等優(yōu)點(diǎn)。


  近年來(lái),基于MSC的多種高階模式脈沖光纖激光器被相繼報(bào)道,然而大多數(shù)本質(zhì)上屬于腔外模式轉(zhuǎn)換,即光纖激光器的諧振腔內(nèi)只有基模運(yùn)轉(zhuǎn),高階模式在腔外輸出。此模式下的模式純度會(huì)受到轉(zhuǎn)換效率的限制,而且脈沖激光器輸出的橫模和波長(zhǎng)單一,不能切換。


  創(chuàng)新研究


  針對(duì)以上問(wèn)題,上海大學(xué)曾祥龍教授課題組提出將光纖模式轉(zhuǎn)換器件和光纖激光技術(shù)相結(jié)合的思路,制備了橫??汕袚Q的調(diào)Q光纖激光器。通過(guò)腔內(nèi)的高階模式參與激光振蕩,實(shí)現(xiàn)了可見(jiàn)光到近紅外波段的高階橫模激光鎖模技術(shù),產(chǎn)生了具有不同空間偏振分布的柱矢量和渦旋光束,促進(jìn)了高階模式光纖激光器的進(jìn)一步發(fā)展。


  橫??汕袚Q的調(diào)Q摻鉺光纖激光器結(jié)構(gòu)如圖1所示。將一個(gè)單模光纖布拉格光柵(SMF-FBG)和一個(gè)少模光纖布拉格光柵(FM-FBG)分別拼接在MSC兩個(gè)分支的末端,用來(lái)選擇激光的發(fā)射波長(zhǎng);通過(guò)偏振控制器(PCs)改變激光腔內(nèi)的偏振相關(guān)損耗;MSC在激光腔中充當(dāng)模式轉(zhuǎn)換器和波束分離器;同時(shí)將基于碳納米管的飽和吸收體(CNT-SA)插入激光腔內(nèi),實(shí)現(xiàn)了自啟動(dòng)調(diào)Q脈沖輸出。該激光器可以實(shí)現(xiàn)輸出波長(zhǎng)在1530.5 nm和1535.5 nm切換,同時(shí)激光橫??梢栽贚P01模式與LP11模式切換。


  圖1 橫??汕袚Q調(diào)Q摻鉺光纖激光器實(shí)驗(yàn)裝置圖


  實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。由于MSC具有模式分離特性,通過(guò)FM-FBG與MSC的共同作用,激光器可以實(shí)現(xiàn)輸出波長(zhǎng)的選擇以及不同橫模間的轉(zhuǎn)換。腔內(nèi)激光在MSC和FM-FBG部分以LP11模式傳輸,而在MSC和SMF-FBG之間以LP01模式傳輸。由于FM-FBG具有模式相關(guān)的波長(zhǎng)選擇特點(diǎn),輸出的激光波長(zhǎng)與LP11模式對(duì)應(yīng)峰波長(zhǎng)一致,即1532.15 nm,同時(shí)輸出的橫模為L(zhǎng)P11模式。


  圖2 (a) 雙激光輸出光譜,插圖為雙波長(zhǎng)下對(duì)應(yīng)的模斑強(qiáng)度分布;(b)在雙波長(zhǎng)狀態(tài)下不同泵浦功率下的調(diào)Q脈沖;(c) 徑向偏振光的強(qiáng)度分布以及隨起偏器偏振方向旋轉(zhuǎn)后的模斑演化圖

  結(jié)論


  相比于空間光路系統(tǒng),利用光纖模式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不同特性的光場(chǎng)調(diào)控,具有高靈活性和高穩(wěn)定性,可解決實(shí)際應(yīng)用中的技術(shù)瓶頸問(wèn)題。同時(shí),該研究拓展了MSC在激光橫模可切換中的應(yīng)用,同時(shí)為獲得多種激光光場(chǎng)調(diào)控提供了一種全光纖的方案,也為高度集成化、一體化的激光器研究提供了一種全新的設(shè)計(jì)思路。


  參考文獻(xiàn): 中國(guó)光學(xué)期刊網(wǎng)



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