[發明專利]利用液芯光纖同時產生和放大空心光束的方法及裝置

無效

• 申請號: 201110421087.6
• 申請日: 2011-12-15
• 公開（公告）號: CN102436065A
• 公開（公告）日: 2012-05-02
• 發明（設計）人: 高瑋;孫頔;張洪英;李健一;胡曉博
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G02B27/09
• 分類號: G02B27/09;G02B27/28
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 張果瑞

技術領域

本發明涉及利用液芯光纖同時產生和放大空心光束的方法及裝置，屬于光學領域。

背景技術

在傳播方向上中心光強為零的環狀光束稱為空心光束，它具有傳播不變性、桶狀強度分布、暗斑尺寸小、無加熱效應等新穎獨特的物理性質，在微觀粒子的冷卻與囚禁、激光加工及生物醫學等方面有著廣泛的應用。產生空心光束的方法有很多，以往常見的有橫模選擇法、幾何光學法、模式變換法、計算全息法等，這些方法的實驗裝置一般較為復雜。近年來提出一些更為簡潔的方法，如空心光纖法、多模光纖法、光纖模間干涉法及光子晶體光纖耦合器等。空心光纖的耦合效率一般低于50％，激光功率損耗較大。2007年《Chinese?Optics?Letter》第5卷第8期發表的《Generation?of?a?hollow?laser?beam?by?a?multimode?fiber》提出利用多模光纖產生空心光束，通過調節入射光束和光纖軸線之間的夾角，來改變空心光束的內徑。雖然效率較高，但數值孔徑較小，這嚴重限制了入射光束夾角的變化范圍，僅為±2.78°，從而限制了空心光束的內徑。光纖模間干涉法(專利公開號：CN1834706A)及光子晶體光纖耦合器(專利申請公布號：CN101819326A)分別涉及到多模光纖和單模光纖的耦合以及光子晶體光纖和單模光纖的耦合，在這些光纖耦合過程中，由于存在模式不匹配的問題，激光損耗一般較大，損傷閾值降低。因此，這些方法更適合產生低功率或低能量的空心光束。然而，在一些諸如囚禁自由電子等方面的應用中，需要一種強脈沖激光空心光束來提高囚禁效率。而現有產生空心光束的方法產生效率低、數值孔徑較小，且發生裝置結構復雜，無法滿足要求。

發明內容

本發明目的是為了解決現有產生空心光束的方法產生效率低、數值孔徑較小，且發生裝置結構復雜，無法滿足要求的問題，提供了一種利用液芯光纖同時產生和放大空心光束的方法及裝置。

本發明所述利用液芯光纖同時產生和放大空心光束的方法，沿液芯光纖一端入射信號光E_S，沿液芯光纖的另一端入射泵浦光E_P，

所述信號光E_S與液芯光纖的軸線之間的夾角為θ，所述泵浦光E_P與液芯光纖的軸線之間的夾角為α，

所述信號光E_S與泵浦光E_P的頻率差為液芯光纖中的芯液材料的布里淵頻移，

入射至液芯光纖的信號光E_S與泵浦光E_P相遇并發生布里淵放大，并形成空心光束從液芯光纖的另一端輸出。

實現所述利用液芯光纖同時產生和放大空心光束的方法的裝置，它包括激光器，1/2波片，偏振分光棱鏡，信號光產生系統，全反鏡，第一耦合透鏡，液芯光纖，第二耦合透鏡，第一全反鏡和第二全反鏡，

激光器發出的P偏振態激光入射至1/2波片，所述P偏振態激光透過1/2波片輸出具有P偏振態分量和S偏振態分量的激光，所述具有P偏振態分量和S偏振態分量的激光入射至偏振分光棱鏡，偏振分光棱鏡反射所述S偏振態分量，偏振分光棱鏡透射所述P偏振態分量，

被偏振分光棱鏡反射輸出的S偏振態分量入射至信號光產生系統，形成具有Stokes頻移的P偏振態信號光，所述具有Stokes頻移的P偏振態信號光反向輸出入射至偏振分光棱鏡，偏振分光棱鏡將其透射輸出、并由全反鏡反射后入射至第一耦合透鏡，第一耦合透鏡輸出耦合后獲得的P偏振態信號光作為信號光E_S以入射角θ入射至液芯光纖中；

被偏振分光棱鏡透射輸出的P偏振分量連接經過第二全反鏡和第一全反鏡反射后，入射至第二耦合透鏡，第二耦合透鏡輸出耦合后的P偏振態泵浦光作為泵浦光E_P以入射角度α進入液芯光纖中，

入射至液芯光纖的信號光E_S與泵浦光E_P相遇并發生布里淵放大，泵浦光的能量向信號光轉移，并形成空心光束從液芯光纖的泵浦光入射端輸出。

本發明的優點：

1.利用一根液芯光纖在產生空心光束的同時對其進行高效放大，突破以往激光和光纖耦合效率低、損耗大等限制。

2.充以高折射率芯液材料的液芯光纖數值孔徑很大，產生并放大的空心光束內徑的調節范圍寬。

3.改變液芯光纖的溫度或者選擇不同混合體積比的混合介質作為液芯光纖的芯液材料，均可對空心光束進行調諧。

4.根據實際應用靈活選擇芯液材料，液芯光纖的工作波長范圍較寬。

附圖說明