基于少模光纖光柵的柱矢量光激光器研究.pdf

1、柱矢量光束，包括徑向偏振，角向偏振和混合態(tài)偏振光，是指電場在光束橫截面上具有軸對稱分布的一類空間非均勻偏振光束。這種偏振特性使得柱矢量光束在光學(xué)捕獲、粒子加速、激光加工、高分辨顯示等領(lǐng)域有著顯著的應(yīng)用前景。
　　 在普通階躍光纖的本征解中，LP11的四個簡并模:TM01模、TE01模以及HEe/021分別對應(yīng)著徑向，角向和混合態(tài)偏振光，因此利用少模光纖可以有效的激發(fā)柱矢量光束。通過將能量從基模耦合到高階簡并模LP11模上，并采用

2、一定偏振控制手段即可實現(xiàn)徑向偏振和角向偏振模式的選擇輸出。
　　 本文主要基于光纖模式特性和耦合模理論，分析不同類型少模光纖光柵的特性，并設(shè)計了相應(yīng)的全光纖柱矢量激光器模型，提升在少模光纖內(nèi)模式轉(zhuǎn)換的效率，同時有效抑制光纖中LP01模成分，實現(xiàn)高偏振純度的徑向偏振和角向偏振光的可調(diào)諧輸出。
　　 本研究課題得到了國家自然科學(xué)基金和中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費專項資金等項目的資助。
　　 本文主要研究內(nèi)容包括:
　

3、　 1.基于均勻布拉格光柵的少模摻鐿光纖激光器研究。設(shè)計少模摻鐿光纖激光器模型，利用少模光纖光柵選擇滿足位相匹配條件的自發(fā)輻射光，使其諧振輸出。通過三維速率方程分析不同結(jié)構(gòu)參數(shù)，如泵浦功率、摻雜容度、光柵諧振波長等，對少模光纖內(nèi)模式競爭的影響。利用環(huán)形摻雜摻鐿光纖或者光學(xué)濾波裝置實現(xiàn)了對LP01模成分的完全抑制，得到了高純度柱矢量光束輸出，并且有效降低激光器的閾值功率，提升了斜率效率。
　　 2.橫向非對稱折射率分布的少模光纖

4、光柵的研究。分析比較了不同光柵結(jié)構(gòu)內(nèi)，橫向非對稱折射率分布對模式的耦合以及耦合效率的影響。基于橫向非對稱長周期光柵，在普通少模光纖上實現(xiàn)了TE01模與其他簡并模在波長上的分離。通過設(shè)計三環(huán)結(jié)構(gòu)的光纖光柵，使得TM01模、TE01模以及HEe/021模在光譜上的分離，實現(xiàn)了徑向偏振和角向偏振的可調(diào)諧輸出。
　　 3.少模光纖中螺旋光柵的研究。由于HEe/021模的疊加可以生成高純度的渦旋光束，基于單面曝光刻寫的光柵所具有橫向非均勻

5、折射率分布的特點，設(shè)計了利用掩模板法刻寫螺旋形布拉格光柵的方案。理論分析了少模光纖中布拉格型螺旋光柵的特性，并基于三環(huán)結(jié)構(gòu)光纖光柵的特性，設(shè)計相應(yīng)的少模光纖激光器得到了高純度渦旋光束。
　　 本論文的主要創(chuàng)新點:
　　 1.建立三維速率方程分析少模摻鐿光纖內(nèi)不同橫模場之間的模式競爭，設(shè)計利用環(huán)形摻雜摻鐿光纖或者光學(xué)濾波裝置的方案，完全抑制了激光器內(nèi)的基模成分，得到高純度柱矢量光束輸出，同時激光器的斜率效率最高可以達到60