一种能直接输出短脉冲涡旋光的光纤激光器的制作方法

本实用新型涉及光纤激光器，具体涉及一种能直接输出短脉冲涡旋光的光纤激光器。

背景技术：

在光纤中产生短脉冲可依赖调Q或者锁模，锁模的重复频率稳定且脉冲宽度较短。锁模的方式的核心在于可饱和吸收机制，具备这种机制的方式有非线性偏振旋转、可饱和吸收材料，半导体吸收镜、非线性环形镜等。要在少模光纤中产生高阶模可以通过长周期光栅将基模的能量转换到高阶模，但是这需要在腔外加光栅实现转化，稍显复杂。

技术实现要素：

针对以上现有技术中存在的问题，本实用新型提出了一种能直接输出短脉冲涡旋光的光纤激光器，将含有非线性放大环形镜的腔与模式选择耦合器结合，前者能产生锁模脉冲，后者作为模式选择器。

本实用新型的能直接输出短脉冲涡旋光的光纤激光器包括：泵浦源、波分复用器、增益光纤、单模光纤、第一和第二偏振控制器、单模耦合器、单模对少模耦合器、非偏振依赖隔离器、少模光纤和偏振控制器；其中，泵浦源连接至波分复用器的第一端口；波分复用器的第二端口连接增益光纤；增益光纤连接单模光纤；单模光纤连接第一偏振控制器；第一偏振控制器连接单模耦合器的第一端；单模耦合器的第二端连接波分复用器的输入端；增益光纤、单模光纤和第一偏振控制器构成非线性放大环形镜；单模耦合器的第三端连接单模对少模耦合器输入端；单模对少模耦合器的单模端连接非偏振依赖隔离器；非偏振依赖隔离器连接第二偏振控制器；第二偏振控制器连接单模耦合器的第四端；单模对少模耦合器的少模端通过少模光纤连接偏振控制器。

泵浦源发出的激光输入波分复用器的第一端口，从波分复用器的第一端口输出至增益光纤放大，至单模光纤，通过单模光纤的长度控制非线性放大环形镜的长度；经第一偏振控制器补偿双折射产生的光的偏振态的变化；经单模耦合器的第一端口，从单模耦合器的第三端口输入经单模对少模耦合器进入非偏振依赖隔离器，非偏振依赖隔离器让光单向运行保证锁模稳定性；再经过第二偏振控制器同样补偿双折射产生的偏振态变化；从单模耦合器的第四端口输入，分别从单模耦合器的第一和第二端口输出，分别顺时针和逆时针经过非线性放大环形镜后，再输入至单模耦合器的第一和第二端口，此时光在单模耦合器的耦合区相干叠加，使得光的透过率随强度发生变化产生脉冲；从单模耦合器的第三端口输出至单模对少模耦合器，单模对少模耦合器进行模式转换，一部分能量作为输出，从单模对少模耦合器的少模端输出，经少模光纤传输至偏振控制器，转换为涡旋光。

泵浦源采用激光二极管。

增益光纤采用高浓度掺杂增益介质光纤，为掺铒光纤、掺镱光纤和铒镱共掺光纤中的一种。

通过单模光纤的长度控制非线性放大环形镜的长度，单模光纤的长度为10～100m。

单模对少模耦合器的从少模端输出的一部分能量指能量小于80％。

单模耦合器的耦合比为4:6～6:4，耦合比是指第一端口与第二端口的输出比例。单模对少模耦合器具有两个输出端，分别为单模端和少模端，少模端作为能量输出端，单模对少模耦合器的耦合比为80％以下，耦合比是指少模端与单模端输出功率的比例。

本实用新型的优点：

本实用新型采用增益光纤、单模光纤和第一偏振控制器构成非线性放大环形镜，非线性放大环形镜、单模耦合器、第二偏振控制器和非偏振依赖隔离器构成激光腔，形成锁模；然后把单模对少模的模式选择器放入激光腔中，它即承担了分束输出激光同时能耦合出高阶模输出；在泵浦功率为270毫瓦时，能够直接产生13毫瓦且脉宽为393飞秒的涡旋光；本实用新型结构紧凑，所需器件简单，成本低，方便易用。

附图说明

图1为本实用新型的能直接输出短脉冲涡旋光的光纤激光器的一个实施例的光路图；

图2为本实用新型的能直接输出短脉冲涡旋光的光纤激光器的一个实施例的输出示意图，其中，(a)为输出的脉冲序列，(b)为利用自相关仪测量的脉冲宽度；

图3为本实用新型的能直接输出短脉冲涡旋光的光纤激光器的一个实施例的输出图样，其中(a)和(b)为分别输出的模场图样，(c)和(d)分别为利用与参考光束干涉产生的图样。

具体实施方式

下面结合附图，通过具体实施例，进一步阐述本实用新型。

如图1所示，本实施例的能直接输出短脉冲涡旋光的光纤激光器包括：泵浦源1、波分复用器2、增益光纤3、单模光纤4、第一和第二偏振控制器51和52、单模耦合器6、单模对少模耦合器8、非偏振依赖隔离器7、少模光纤9和偏振控制器10；其中，泵浦源1连接至波分复用器的第一端口21；波分复用器的第二端口22连接增益光纤；增益光纤连接单模光纤；单模光纤连接第一偏振控制器；第一偏振控制器连接单模耦合器的第一端61；单模耦合器的第二端62连接波分复用器的第三端23；增益光纤、单模光纤和第一偏振控制器构成非线性放大环形镜；单模耦合器的第三端63连接单模对少模耦合器输入端82；单模对少模耦合器的单模端83连接非偏振依赖隔离器；非偏振依赖隔离器连接第二偏振控制器；第二偏振控制器连接单模耦合器的第四端64；单模对少模耦合器的少模端81通过少模光纤连接偏振控制器。

在本实施例中，泵浦源1采用为980纳米激光二极管；增益光纤3采用高浓度掺铒光纤；单模光纤4的长度为100m；第一和第二偏振控制器51和52采用三环偏振控制器；单模耦合器6的耦合比为5:5；单模对少模耦合器8的耦合比为2:8，有20％的能量作为输出。

泵浦源发出的980纳米激光输入波分复用器，经增益光纤放大，再经过100米的单模光纤；经第一偏振控制器补偿双折射产生的光的偏振态的变化；经作为可饱和吸收体的单模耦合器，经单模对少模耦合器进入非偏振依赖隔离器；非偏振依赖隔离器让光单向运行保证锁模稳定性；再经过第二偏振控制器同样补偿双折射产生的偏振态变化；从单模耦合器的第四端口输入，分别从单模耦合器的第一和第二端口输出，分别顺时针和逆时针经过非线性放大环形镜后，再输入至单模耦合器的第一和第二端口并从第三端口输出，此时单模耦合器的透过率随光强度发生变化，产生脉冲。从单模耦合器的第三端口输出至单模对少模耦合器，单模对少模耦合器转换成高阶模式LP11，20％的能量作为输出，从单模对少模耦合器的第一端输出，经少模光纤传输至偏振控制器，转换为涡旋光。本实施例的光纤激光器输出的脉冲序列如图2(a)所示，利用自相关仪测量的脉冲宽度如图2(b)所示。涡旋光的拓扑荷分别为1和-1时，光纤激光器输出的模场图样，分别如图3(a)和(b)所示；涡旋光的拓扑荷分别为1和-1时，利用与参考光束干涉产生的图样，分别如图3(c)和(d)所示。

最后需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本实用新型，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本实用新型及所附的权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本实用新型不应局限于实施例所公开的内容，本实用新型要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。