[發明專利]基于布拉格光柵的可選橫模輸出激光器及激光輸出方法

有效

• 申請號: 202110745374.6
• 申請日: 2021-07-01
• 公開（公告）號: CN113471800B
• 公開（公告）日: 2022-05-27
• 發明（設計）人: 汪莎;王少乾;李悅;周壽桓
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H01S3/08
• 分類號: H01S3/08;H01S3/067
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務所(普通合伙) 51239
• 代理人: 黃芷;吳桐

本發明公開一種基于布拉格光柵的可選橫模輸出激光器及激光輸出方法。該激光器包括泵浦源、波分復用器、增益介質、偏振控制器、有效橫模選擇元件、光纖布拉格光柵一、激光輸出端，組成有效橫模選擇元件的結構包括非對稱F?P腔；非對稱F?P腔是由光纖布拉格光柵二和高反射腔鏡構成；經光纖布拉格光柵二進入非對稱F?P腔內的光束，由高反射腔鏡進行反射；通過改變或選擇由光纖布拉格光柵二和高反射腔鏡構成的非對稱F?P腔的腔長，控制特定波長的光束經光纖布拉格光柵二從非對稱F?P腔內反射回諧振腔中；通過偏振控制器改變光束偏振態，最后在激光輸出端實現對應模式的輸出。通過改變或選擇腔長以及調節激光偏振態，能夠選擇包括平頂光束的多種橫模的輸出。

技術領域

本發明涉及基于布拉格光柵的波長-橫模有效選擇輸出技術，具體涉及一種基于布拉格光柵的可選橫模輸出激光器及激光輸出方法，屬于激光領域。

背景技術

光纖激光器以其結構緊湊、輸出光束質量好、穩定性高、熱管理方便等優勢，在通信、遙感、醫療和加工等領域發揮著重要作用。光纖中不同的模式具有特殊的振幅、相位、偏振態、軌道角動量、空間相干性等表征參量。這使得具有不同光場特性的模式在實際應用中具有巨大的潛能。例如：攜帶軌道角動量的渦旋光場在光學操縱、超分辨成像、提高通信容量等方面有很高的研究價值，偏振態依賴空間分布的矢量光場憑借獨特的偏振特性可以實現更好的激光加工效果，具有能量均勻分布的平頂光束在激光微納加工領域發揮著獨特的優勢，等等。近年來，隨著光纖通信領域模分復用技術的興起、結構廣場和多模非線性效應等新興學科的快速發展，光纖激光器中的模式調控技術逐漸成為研究熱點。因此，尋找能夠實現可選橫模輸出的高質量化的激光器的方案就顯得十分重要且有意義。

基于少模光纖光柵的模式選擇技術由于其具有波長選擇性好、體積小、模間耦合可控等優點，科學家們進行了大量的研究。例如：2011年，J.M.O.Daniel等人利用基于光纖布拉格光柵和體布拉格光柵的反饋元件的不同光譜響應來實現波長相關的模式濾波。2013年，Biao Sun等人利用少模光纖光柵特有的橫模-波長關聯特性，通過在腔內加入可調諧濾波器調節振蕩波長，獲得了具有高質量的不同橫模輸出。2014年，JiangLi Dong等人采用雙模光纖光柵(FBG)進行橫向模選擇，實現了激光器基模(LP01模式)、二階模(LP11模式)或它們的混合模式下連續輸出的鎖模光纖激光器。2016年，TONG LIU等人用一對少模光纖布拉格光柵作為有效的橫模選擇器，可以在特定的橫模下輸出激光。2019年，XIAO LIANG等人設計了一種基于少模光纖布拉格光柵(FBG)，通過切換對應于自耦合模式或交叉耦合模式的諧振波長來實現選擇性橫向模式操作的選擇性橫模工作的光纖激光器。但是，現有的可選橫模激光器多為單一高階橫模直接振蕩輸出，或者只有很少數量的橫模可以選擇輸出。并且，據我們所知，目前還沒有一種方案能夠實現可選的橫模中包括平頂光束。

發明內容

本發明的第一發明目的：針對目前可選橫模輸出的光纖激光器能夠選擇輸出的橫模數量少，并且還沒有現有的光纖激光器方案能夠實現包括平頂光束的可選橫模輸出，本發明基于少模布拉格光柵(FBG)的F-P腔選模技術，提出一種可選橫模輸出激光器。

本發明實現其第一發明目的所采取的技術方案：一種基于布拉格光柵的可選橫模輸出激光器，包括泵浦源、波分復用器、增益介質、偏振控制器、有效橫模選擇元件、光纖布拉格光柵一、激光輸出端，組成所述有效橫模選擇元件的結構包括非對稱F-P腔；所述非對稱F-P腔是由光纖布拉格光柵二和高反射腔鏡構成；經光纖布拉格光柵二進入非對稱F-P腔內的光束，由高反射腔鏡進行反射；通過改變或選擇由光纖布拉格光柵二和高反射腔鏡構成的非對稱F-P腔的腔長，控制特定波長的光束經光纖布拉格光柵二從非對稱F-P腔內反射回諧振腔中；通過偏振控制器改變光束偏振態，最后在激光輸出端實現對應模式的輸出；所述諧振腔的兩端腔壁是由光纖布拉格光柵一和光纖布拉格光柵二構成。