[發明專利]一種渦旋光光纖激光器及其控制方法

在審

• 申請號: 201810730630.2
• 申請日: 2018-07-05
• 公開（公告）號: CN108963734A
• 公開（公告）日: 2018-12-07
• 發明（設計）人: 李乙鋼;張志明;劉秀英;丁鐳
• 申請（專利權）人: 南開大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/083;G02B27/28;G02B27/09
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 王巖

1.一種渦旋光光纖激光器，其特征在于，所述渦旋光光纖激光器包括：泵浦源、波分復用器、增益光纖、輸出光耦合器、第一和第二偏振控制器、偏振隔離器、少模光纖、壓力型長周期光柵以及擠壓型偏振控制器；其中，泵浦源通過單模光纖連接至波分復用器的第一端口；波分復用器的第二端口通過增益光纖連接至輸出光耦合器的第一端口；輸出光耦合器的第二端口經單模光纖依次連接第一偏振控制器、偏振隔離器和第二偏振控制器至波分復用器的第三端口；波分復用器、增益光纖、輸出光耦合器、第一偏振控制器、第二偏振控制器、偏振隔離器和輸出光耦合器構成偏振旋轉鎖模環形腔；輸出光耦合器的第三端口為輸出端，采用單模光纖，輸出光耦合器的輸出端連接少模光纖；少模光纖依次穿過壓力型長周期光柵和擠壓型偏振控制器，壓力型長周期光柵和擠壓型偏振控制器構成光軌道角動量轉換器；泵浦源發出泵浦光經波分復用器進入增益光纖，激發增益光纖中的增益介質產生自發輻射光，經過輸出光耦合器和第一偏振控制器，進入偏振隔離器，變成線偏振光；再經過第二偏振控制器變成橢圓偏振光，經波分復用器繼續在偏振旋轉鎖模環形腔循環，由于自相位調制和交叉相位調制產生非線性相移，導致橢圓偏振光的長軸旋轉，旋轉的角度與光的強度有關，由第一偏振控制器選擇把強度最強的光的偏振態轉變成線偏振，并且偏振方向與偏振隔離器的透振方向相同，從而使得強度最強的光通過偏振隔離器，第一偏振控制器、偏振隔離器和第二偏振控制器形成類可飽和吸收體使得激光器鎖模出現脈沖；耦合器的輸出端為單模光纖，只輸出基模光；基模光傳輸至少模光纖；壓力型長周期光柵向少模光纖施加壓力，從而將基模轉換為高階模LP₁₁；擠壓型偏振控制器向少模光纖施加壓力，使得由高階模LP₁₁分解的兩個正交分量LP_11a和LP_11b之間產生π/2相位差，然后線性疊加從而產生渦旋光。

2.如權利要求1所述的渦旋光光纖激光器，其特征在于，所述泵浦源采用激光器。

3.如權利要求1所述的渦旋光光纖激光器，其特征在于，所述增益光纖中摻雜物質為摻餌、摻鐿、摻銩、摻鉍和摻釹中的一種或多種的組合。

4.一種如權利要求1所述的渦旋光光纖激光器的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括以下步驟：

1)泵浦源發出泵浦光經波分復用器進入增益光纖，激發增益光纖中的增益介質產生自發輻射光，經過輸出光耦合器和第一偏振控制器，進入偏振隔離器，變成線偏振光；再經過第二偏振控制器變成橢圓偏振光，經波分復用器繼續在偏振旋轉鎖模環形腔循環，由于自相位調制和交叉相位調制產生非線性相移，導致橢圓偏振光的長軸旋轉，旋轉的角度與光的強度有關，由第一偏振控制器選擇把強度最強的光的偏振態轉變成線偏振，并且偏振方向與偏振隔離器的透振方向相同，從而使得強度最強的光通過偏振隔離器，第一偏振控制器、偏振隔離器和第二偏振控制器形成類可飽和吸收體使得激光器鎖模出現脈沖；

2)耦合器的輸出端只輸出基模光，基模光傳輸至少模光纖；

3)壓力型長周期光柵向少模光纖施加壓力，從而將基模轉換為高階模LP₁₁模；

4)擠壓型偏振控制器向少模光纖施加壓力，壓力大小與相位差成正相關，使得由高階模LP₁₁分解的正交的LP_11a和LP_11b之間產生π/2相位差，然后線性疊加從而產生渦旋光。

5.如權利要求4所述的控制方法，其特征在于，在步驟1)中，通過調節第一和第二偏振控制器，控制在偏振旋轉鎖模環形腔中產生脈沖光或連續光；若偏振旋轉鎖模環形腔實現鎖模則輸出脈沖光，若偏振旋轉鎖模環形腔不鎖模則輸出連續光。

6.如權利要求4所述的控制方法，其特征在于，在步驟3和4)中，通過控制壓力型長周期光柵和擠壓型偏振控制器，調節渦旋光的拓撲荷的階數。

7.如權利要求6所述的控制方法，其特征在于，少模光纖采用雙模光纖，通過控制壓力型長周期光柵和擠壓型偏振控制器，使得渦旋光的拓撲荷為0，+1或-1；如果壓力型長周期光柵不施加力，則渦旋光的拓撲荷為0；如果壓力型長周期光柵施加力同時擠壓型偏振控制器施加的力使得高階模LP₁₁分解的兩個正交分量LP_11a和LP_11b間產生正π/2相位差，則渦旋光的拓撲荷為1；如果壓力型長周期光柵施加力同時擠壓型偏振控制器施加的力使得由高階模LP₁₁分解的兩個正交分量LP_11a和LP_11b間產生負π/2相位差，則渦旋光的拓撲荷為-1。