[發(fā)明專利]一種軸對稱偏振光發(fā)生裝置及生成方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310070482.3
• 申請日: 2013-03-06
• 公開（公告）號: CN103149640A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 賈宏志;蔡清東;曾珍;藍(lán)尚平;方良;林旺;曹江輝;劉佰瑩
• 申請（專利權(quán)）人: 上海理工大學(xué)
• 主分類號: G02B6/27
• 分類號: G02B6/27
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 吳寶根

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光學(xué)應(yīng)用方法，特別涉及一種利用正交傾斜的光纖光柵軸對稱偏振光發(fā)生裝置及生成方法。

背景技術(shù)

在垂直于光束傳播方向的橫截面上，矢量偏振光的場強(qiáng)與偏振態(tài)在空間上是非均勻分布的，是滿足麥克斯韋方程組的一類解。軸對稱偏振光束是其中的一個特例，其模場與偏振態(tài)呈軸對稱分布，根據(jù)偏振態(tài)分布的不同，可分為三類，即如圖1所示徑向偏振光、如圖2所示角向偏振光與如圖3所示一般軸對稱偏振光，其中一般軸對稱偏振光可由徑向偏振光與角向偏振光線性疊加得到。

這種矢量偏振光有很多獨(dú)特的聚焦特性，例如，徑向偏振光的偏振和模場沿光軸方向呈軸對稱分布，聚焦后在光軸上出現(xiàn)很強(qiáng)的縱向電場分量，光斑直徑小，且是中空的，在C切向晶體中傳播時不會發(fā)生串?dāng)_現(xiàn)象，等等。這些性質(zhì)使得其在電子加速、激光加工、光學(xué)微操作、生物光子學(xué)以及高分辨顯微成像技術(shù)等領(lǐng)域有著巨大的潛在應(yīng)用價值，而當(dāng)今對該技術(shù)的研究和應(yīng)用還處在起步階段。

生成矢量偏振光束的方法有主動和被動生成方法，主動法是在激光諧振腔腔內(nèi)直接對模式進(jìn)行選擇或改造，被動法是在激光器外進(jìn)行的，如組合玻片法、螺旋相位板法、光纖激發(fā)法等，這些方法不是全光纖型的且裝置相對比較復(fù)雜。由于光纖技術(shù)的優(yōu)越性，使得其在許多領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。因此，人們迫切需要設(shè)計出一種簡單靈活、效率高，且能夠產(chǎn)生各種軸對稱偏振光的全光纖型矢量偏振光發(fā)生器。目前，在行業(yè)界已陸續(xù)提出了這類全光纖型發(fā)生器的設(shè)計方法，如文獻(xiàn)1：Rui?Zheng,?Chun?Gu.?“An?all-fiber?laser?generating?cylindrical?vector?beam”.?J.?Opt.Soc.Am.A18,10834-10838（2010）；文獻(xiàn)2：Biao?Sun,?Anting?Wang.?“Low-threshold?single-wavelength?all-fiber?laser?generating?cylindrical?vector?beams?using?a?few-mode?fiber?Bragg?grating”.?J.?Opt.Soc.Am.A37,464-466（2011）；文獻(xiàn)3：Zhongxi?Lin,?Anting?Wang.?“Analysis?of?Generating?Cylindrical?Vector?Beams?Using?a?Few-Mode?Fiber?Bragg?Grating”.?J.?Lightwave?Technol.30,3540-3544(2012)。這些方法都是在光纖激光器內(nèi)直接選模，屬于主動產(chǎn)生方法，模式轉(zhuǎn)換效率高，缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，靈活度不夠，不能很方便地產(chǎn)生各種矢量偏振光。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是針對現(xiàn)在非光纖型矢量偏振光生成方法裝置復(fù)雜，全光纖型矢量偏振光生成法軸靈活度不夠，不能很方便地產(chǎn)生各種矢量偏振光的問題，提出了一種軸對稱偏振光發(fā)生裝置及生成方法，是一種被動生成方法，在激光器外選模，用傾斜光纖光柵對基模高斯光束進(jìn)行模式改造，再相干合成輸出，能夠很方便地得到各種軸對稱偏振光束。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種軸對稱偏振光發(fā)生裝置，激光器通過單模保偏光纖連接光纖分束器，光纖分束器兩路輸出，通過單模保偏光纖分別接兩個偏振旋轉(zhuǎn)器，一路偏振旋轉(zhuǎn)器通過中間段有傾斜光纖光柵的少模保偏光纖接光纖合束器；另一路偏振旋轉(zhuǎn)器依次通過中間段有傾斜光纖光柵的少模保偏光纖和光纖相位調(diào)節(jié)器接光纖合束器，兩路光柵傾斜方向相互正交，光纖合束器通過少模保偏光纖輸出軸對稱偏振光。

所述中間段有傾斜光纖光柵的少模保偏光纖中的傾斜光纖光柵為折射率改變量成余弦調(diào)制的傾斜光柵。

一種軸對稱偏振光生成方法，包括軸對稱偏振光發(fā)生裝置，包括如下具體步驟：

1）連接好的軸對稱偏振光發(fā)生裝置，其中一路偏振旋轉(zhuǎn)器連接通過中間段為沿x軸方向傾斜光纖光柵的少模保偏光纖接光纖合束器；另一路依次通過中間段為沿y軸方向傾斜光纖光柵的少模保偏光纖和光纖相位調(diào)節(jié)器接光纖合束器；

2）調(diào)節(jié)兩個偏振旋轉(zhuǎn)器，使輸出光束一路為沿x軸方向偏振，后接相位調(diào)節(jié)器的一路為沿y軸方向偏振；

3）調(diào)節(jié)相位調(diào)節(jié)器，使輸入光纖合束器的兩束光相位匹配；

4）兩路光束經(jīng)光纖合束器合成為一束光，通過少模保偏光纖輸出徑向偏振光；

5）再次調(diào)節(jié)兩個偏振旋轉(zhuǎn)器，使輸出的光束偏振方向同步驟2）垂直，使輸出光束一路為沿y軸方向，后接相位調(diào)節(jié)器的一路為沿x軸方向，調(diào)節(jié)相位調(diào)節(jié)器，使輸入光纖合束器的兩束光相位匹配，通過光纖合束器合成輸出角向偏振光；