[發明專利]一種全光纖布里淵單頻渦旋激光器

在審

• 申請號: 201910697352.X
• 申請日: 2019-07-30
• 公開（公告）號: CN110459940A
• 公開（公告）日: 2019-11-15
• 發明（設計）人: 甘久林;衡小波;楊中民;張智深;林巍
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01S3/067
• 分類號: H01S3/067;H01S3/10;H01S3/30
• 代理公司: 44102 廣州粵高專利商標代理有限公司
• 代理人: 何淑珍;江裕強<國際申請>=<國際公布>

本發明公開了一種全光纖布里淵單頻渦旋激光器，所述激光器包括基模泵浦源、光放大器、第一偏振控制器、軌道角動量模式產生器、第二偏振控制器、光纖環形器、光纖耦合器、第三偏振控制器和渦旋光纖。本發明基于渦旋光纖的模式分離和優化設計，采用渦旋光纖器件可確保特定階軌道角動量模式在腔內和輸出端的產生和穩定傳輸。基于同階模式泵浦機制，使得腔內同階軌道角動量模式的布里淵信號光直接諧振。通過控制環形腔腔長，使得腔縱模間隔大于布里淵增益譜的譜寬，從而在腔內只有一個縱模起振，可保證單頻渦旋激光輸出。本發明基于環形腔內單一模式直接諧振機制，輸出的單頻渦旋激光具有模式純度高和光束質量好等優點。

技術領域

本發明涉及激光技術領域，尤其涉及一種全光纖布里淵單頻渦旋激光器。

背景技術

渦旋光束是場分布帶有螺旋相位項exp(ilφ)的一種光束，光束中每個光子攜帶lh的軌道角動量（l為拓撲荷數，φ為方位角，h為普朗克常量），具有環形光場分布和螺旋相位奇點的特點。這些獨特的性質使其被廣泛應用于材料加工、光鑷、高分辨率成像、光纖傳感和光纖通信等領域。但是，這些應用前景對漩渦光束的單色性、相干性、模式純度和穩定性等方面提出了更高的要求。單頻光纖激光器由于具有窄線寬、高單色性和相干性等優點可以滿足這樣的要求。同時，單頻光纖激光器已成為密集波分復用光通信系統、相干光通信系統、分布式光纖傳感系統和相干激光雷達等領域的重要激光光源。將單頻激光和渦旋激光結合形成單頻渦旋激光，應用的領域將更加廣泛。因此，研究渦旋光單頻光纖激光器具有十分重要的意義。

關于單頻光纖激光器的研究有很多，專利CN109149330A公布了一種2μm波段低噪聲窄線寬單頻光纖激光器，采用超短線型腔架構實現噪聲性能優異和線寬極窄的單頻激光輸出。專利CN106410599A公布了一種布里淵單縱模移頻光纖激光器，利用復合腔的選模特性實現單縱模激光輸出。實際上，光波在光纖傳輸時，由于纖芯邊界的限制，求解光波傳輸的亥姆霍茲方程得到的是不連續的電磁場解，這種不連續的場解稱為模式，包括基橫模和高階橫模。傳統單模光纖中穩定傳輸的模式即為基橫模。而光纖中的渦旋光是由高階矢量橫模（HE或EH）的奇模和偶模以π/2相位差疊加而成，也稱為軌道角動量模式。很顯然，上述專利公布的單頻光纖激光器輸出的為基橫模單頻激光，是不能直接產生渦旋光單頻激光的。

在傳統單頻光纖激光器的輸出端外加軌道角動量模式產生器或轉換器是一種很容易想到的間接產生方案，也就是將基橫模單頻激光轉換為軌道角動量模式單頻激光。雖然這種方法也能產生軌道角動量模式單頻激光，但激光性能嚴重依賴于軌道角動量模式產生器或轉換器的性能，輸出激光的功率會隨之降低，模式純度偏低，光束質量較差。另外，大多數的光纖型軌道角動量模式產生器或轉換器是基于單模光纖和傳統少模光纖或多模光纖制得。傳統單模光纖只支持基橫模的傳輸，傳統少模光纖或多模光纖中由于弱波導近似使相近傳播常數的高階矢量橫模簡并為線偏振模式，均無法滿足軌道角動量模式在光纖中穩定傳輸。因此，由傳統單頻光纖激光器輸出端轉換而來的軌道角動量模式單頻激光傳輸不穩定。因此，設計一種單頻光纖激光器以獲得穩定、高模式純度的軌道角動量模式單頻激光具有十分重要的意義。

發明內容

針對以上現有技術中存在的問題，本發明的目的在于提供一種全光纖布里淵單頻渦旋激光器。具有結構簡單、成本低、易于光纖系統集成、輸出激光軌道角動量模式純度高和穩定性好的優點。

本發明的目的能夠通過以下技術方案實現：

一種全光纖布里淵單頻渦旋激光器，所述激光器包括基模泵浦源、光放大器、第一偏振控制器、軌道角動量模式產生器、第二偏振控制器、光纖環形器、光纖耦合器、第三偏振控制器和渦旋光纖；

所述軌道角動量模式產生器具有第一端口和第二端口；

所述光纖環形器具有第一端口、第二端口和第三端口；