柱矢量光纖激光器及應(yīng)用研究.pdf

1、柱矢量光(CVB)，是與偏振均勻的高斯光束不同的光，其電場(chǎng)方向在橫截面呈中心對(duì)稱分布，而且其強(qiáng)度分布呈甜甜圈型，在光束正中心光強(qiáng)為零。柱矢量光在大數(shù)值孔徑透鏡聚焦下有獨(dú)特的聚焦特性，在激光加工、表面等離子體激發(fā)、粒子操控等領(lǐng)域有重要應(yīng)用，因而引起各國(guó)研究者的廣泛興趣，各種柱矢量光的產(chǎn)生方式也被逐漸發(fā)掘出來(lái)，包括空間和光纖中的主、被動(dòng)方法。
　　LP11模是弱波導(dǎo)光纖中的標(biāo)量近似模，包括四種簡(jiǎn)并?！猅E01模、TM01模、HE21

2、even模HE21odd模，他們均為柱矢量光，其中TE01模和TM01模分別對(duì)應(yīng)著角向偏振光和徑向偏振光。光纖中的LP11?？梢杂瞄L(zhǎng)周期光柵或者錯(cuò)位耦合來(lái)進(jìn)行激發(fā)，然而這種方式不易得到非常純凈的模式輸出，因此在輸出端加入少模光纖光柵(FMFBG)來(lái)對(duì)模式進(jìn)行提取，同時(shí)利用偏振控制器可以得到純凈的柱矢量光。
　　在本文中，我們介紹了柱矢量光的數(shù)學(xué)表達(dá)形式、光學(xué)特性及產(chǎn)生方法，詳細(xì)介紹了單模和多模光纖光柵的耦合理論?；谏倌９饫w光柵、

3、錯(cuò)位熔接點(diǎn)和可飽和吸收體實(shí)現(xiàn)了柱矢量光的調(diào)Q輸出，并且應(yīng)用柱矢量光和基模光的疊加產(chǎn)生了平頂光束，最后設(shè)計(jì)了一種大模場(chǎng)面積的環(huán)形光纖。
　　本文的主要工作和研究成果如下:
　　1.利用兩種可飽和吸收體（Bi2Te3和碳納米管）與聚乙烯醇(PVA)混合制備了可放置在光纖跳線頭中間的可飽和吸收體薄膜，并且將其加入光纖激光器中，搭建了基于錯(cuò)位熔接點(diǎn)和少模光纖光柵的摻鉺柱矢量光調(diào)Q光纖激光器，實(shí)驗(yàn)都得到了純凈的角向偏振光和徑向偏振光。

4、其中基于Bi2Te3的激光器脈沖重復(fù)頻率在31.54kHz到49.4kHz之間，脈沖寬度在從5.15微秒到3.71微秒之間，單脈沖能量在102nJ和124nJ之間;基于碳納米管的激光器脈沖的重復(fù)頻率30.88kHz到92.75kHz間，脈沖寬度在3.7到1.2微秒之間，最大單能量為90.14nJ。
　　2.利用少模光纖光柵和兩個(gè)單模光纖光柵(SMFBG)，搭建了一個(gè)雙腔結(jié)構(gòu)的光纖激光器。其中一個(gè)單模光柵對(duì)應(yīng)少模光柵基模到基模反射峰

5、，另一個(gè)對(duì)應(yīng)少模光纖光柵二階模到二階模反射峰，這樣激光器可以同時(shí)輸出柱矢量光和基模光，通過(guò)分別調(diào)節(jié)兩個(gè)腔的泵浦功率就可以方便的改變兩個(gè)模式的強(qiáng)度，最終獲得平頂光束的輸出。該平頂光束歸一化均方根和陡峭度分別為0.048和0.872，說(shuō)明是一個(gè)頂部均勻、邊緣陡峭的理想平頂光。
　　3.設(shè)計(jì)了一種大模場(chǎng)面積的環(huán)形光纖，并且在光纖的最外側(cè)鍍上金屬膜，利用光和金屬之間的表面等離子體效應(yīng)，產(chǎn)生對(duì)各個(gè)偏振模式光的損耗差異，從而實(shí)現(xiàn)光纖的模式選擇

6、。經(jīng)過(guò)計(jì)算仿真，很短的光纖內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)單TE01模式的低損耗輸出，而其他模式都被損耗掉。
　　本論文的創(chuàng)新點(diǎn):
　　1.利用損傷閾值高并且對(duì)偏振不敏感的兩種可飽和吸收體分別獲得了調(diào)Q激光器，并且聯(lián)合錯(cuò)位熔接和少模光纖光柵，在全光纖的情況下實(shí)現(xiàn)了高純度角向偏振光和徑向偏振光的調(diào)Q輸出。
　　2.利用少模光纖光柵和兩個(gè)單模光纖光柵，搭建了一個(gè)雙腔激光器，在少模光柵端可以同時(shí)獲得基模光和柱矢量光，兩種光功率可以分別進(jìn)行調(diào)節(jié)，