一種橫模-波長相關可調全光纖激光器的制造方法
【專利摘要】一種橫模-波長相關可調全光纖激光器，利用少模光纖光柵特殊的波長和橫模對應特性，在光纖諧振腔內利用可調諧帶通濾波器實現激光器諧振波長的改變，從而改變輸出橫模。該激光器主要包括泵浦源、增益介質、波分復用器、反射鏡、可調諧帶通濾波器、模式耦合部分和少模光纖光柵。本發明輸出具有高模式純度、單波長窄線寬、橫模切換簡便的優點。本發明沒有任何空間耦合器件參與其中，結構上更加穩定，便于移動和產品化。
【專利說明】一種橫模-波長相關可調全光纖激光器
【技術領域】
[0001]本發明涉及激光器領域，特別是橫模可調的、涉及少模光纖光柵的光纖激光器。
【背景技術】
[0002]激光器的輸出橫模特性一直以來是激光器的一項重要特性，早年人們對激光橫模的研究主要目標是近衍射極限的基模，其具有光斑小、方向性好、線偏振度好等優點，由于光纖波導的特性，光纖激光器在單橫模激光器上有非常好的表現。近年來，研究表明高階模激光尤其一階高階模在激光加工、光學操控和粒子加速等諸多方面都有獨特優勢，因此高階模激光器的相關研究也飛速發展。但是整合這兩種模式的輸出技術還鮮有出現，現有的可變模場輸出技術主要依賴于空間相位調制器，這種空間相位調制器存在價格高昂、要求在超凈環境下工作、波長限定等方面的弊端，另外這種技術主要是空間結構的被動轉換方式，便攜性較差，穩定性受輸入光源影響較大。
[0003]中國專利申請CN102544999A公開了一種基于少模光纖光柵的軸對稱偏振光束激光器，該專利主要利用少模光纖光柵對基模的反射已達到輸出具有角向或者徑向對稱偏振分布的激光光束，其弊端在于是輸出模式固定，不能在基模和一階模之間切換。
【發明內容】
[0004]本發明的技術解決問題:為了克服【背景技術】中所述缺陷，本發明提供一種橫模-波長相關可調全光纖激光器，能夠通過調節可調諧帶通濾波器簡便地實現一階高級模式和基模的切換，具有結構簡潔緊湊、調節簡便、造價低廉、便攜性好、穩定性高等方面的優點并且由于少模光纖光柵對于模式的高反作用，輸出光束的模式純度較高。
[0005]本發明技術解決方案:在本發明中使用了關鍵性器件少模光纖光柵，所述的少模光纖光柵是在對于布拉格波長為少模光纖上刻寫的布拉格光柵；它具有不同模式反射波長不同的特性。根據工作波長和少模光纖光柵反射波長的不同匹配關系，利用可調諧帶通濾波器控制激光器的諧振波長，以滿足以模式選擇元件少模光纖光柵對特定波長的需求，實現通過控制諧振波長來控制輸出的橫模，即“橫模-波長”相關可調特性。
[0006]所述的一種橫模-波長相關可調全光纖激光器，其結構包括:泵浦源、波分復用器、增益介質、反射鏡、可調諧帶通濾波器、模式耦合部分和少模光纖光柵，其中:
[0007]所述泵浦源，為半導體激光器，與波分復用器相連，并向與波分復用器公共端相連的增益介質輸入連續激光，激勵增益介質工作產生激光；
[0008]所述波分復用器，有三個端口，一端與作為泵浦源的半導體激光器相連，公共端與增益介質相連，另一端與反射鏡相連作為一個激光腔鏡，泵浦源通過波分復用器向增益介質提供能量；
[0009]所述增益介質為稀土摻雜光纖，兩端分別和可調諧帶通濾波器及模式耦合部分相連，在泵浦源激光的激發下發生受激輻射產生激光，其模式為基模；
[0010]所述反射鏡，與波分復用器相連，作為激光器的一個腔鏡。其實現形式有多種，有光纖端面鍍高反射膜、利用光纖塞格納克環等；
[0011]所述可調諧帶通濾波器，兩端分別和增益介質及模式耦合部分相連。帶通濾波器是指某一波長范圍內的光能夠以很小的衰減高透過率通過，而其他范圍的波長分量將會很大程度的衰減，可調諧帶通濾波器是指機械或者電控調節能夠實現高透過率波長位置改變的帶通濾波器。
[0012]所述模式耦合部分，兩端分別與可調諧帶通濾波器及少模光纖光柵相連，其實現形式多樣:光纖耦合器、光纖錯位熔接和光纖拉錐。所述模式耦合部分能夠將增益介質產生的基模激光轉化為基模和一階高級模的混合模式激光。
[0013]所述少模光纖光柵，一端與模式稱合部分相連，另一端作為激光器的輸出端口 ；所述少模光纖是指允許除了基模之外，還允許一階高階模式傳輸的光纖；所述少模光纖光柵是指在對于布拉格波長為少模光纖上刻寫的布拉格光柵，其特點在于基模激光與一階高階模激光在所述的少模光纖光柵上的反射波長不同。
[0014]所述的橫模-波長相關可調激光器，其特征在于通過激光器諧振波長的調節來實現對輸出激光的橫模進行可控調節。激光器的諧振波長由可調諧帶通濾波器控制，帶通濾波器高透射率波長的光損耗最小，在增益競爭中占據優勢，形成激光諧振。少模光纖光柵對于不同階次模式反射波長不同，當激光諧振波長和少模光纖光柵的基模反射波長相同時，由稀土摻雜光纖產生的基模激光經過模式耦合部分得到的混合模式中的基模滿足光柵反射條件而被反射回腔內繼續諧振，而一階高級模由于不受少模光纖光柵的限制而成為輸出模式；類比的，當激光諧振波長和少模光纖光柵的一階高級模反射波長相同時，混合模式中的一階高級模滿足光柵反射條件而被反射回腔內，而基模成為輸出模式。利用可調諧帶通濾波器控制激光器的諧振波長，從而控制輸出激光的橫模。即實現了橫模-波長相關可調全光纖激光器。
[0015]本發明與現有技術相比的優點在于:
[0016](I)本發明利用少模光纖光柵模式響應的特點，設計了能夠實現橫模-波長相關可調的光纖激光器，其優點是全光纖結構的穩定性和便攜性，利用可調諧帶通濾波器波長調節控制模式輸出操作簡便，而且少模光纖光柵保證高質量的輸出光束。
[0017](2)本發明結構簡單，原理明顯，不同階次模式調諧方便。在激光加工和科學研究方面都有潛在應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明橫模-波長相關可調全光纖激光器實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0019]在敘述實施例的具體結構和內容之前，對光纖及光纖光柵模式理論進行必要的簡述，尤其對于少模光纖和少模光纖光柵進行必要的解釋。
[0020]所謂少模光纖是有別于只能支持基模(HEll)在其內部較小損耗傳輸的單模光纖，它還可以支持一些更高階次的橫模(TM01，TEOl等)作為導模傳輸。
[0021]對于少模光纖，歸一化頻率(V)是一種較好的描述:
【權利要求】
1.一種橫模-波長相關可調全光纖激光器，其特征在于包括:泵浦源、波分復用器、增益介質、反射鏡、可調諧帶通濾波器、模式耦合部分和少模光纖光柵，其中: 所述泵浦源，為半導體激光器，與波分復用器相連，并向與波分復用器公共端相連的增益介質輸入連續激光，激勵增益介質工作產生激光；通過半導體激光器諧振波長的調節來實現對輸出激光的橫模進行可控調節； 所述波分復用器，有三個端口，一端與作為泵浦源的半導體激光器相連，公共端與增益介質相連，另一端與反射鏡相連作為一個激光腔鏡，泵浦源通過波分復用器向增益介質提供能量； 所述增益介質為稀土摻雜光纖，兩端分別和可調諧帶通濾波器及波分復用器相連，在泵浦源激光的激發下發生受激輻射產生激光，其模式為基模； 所述反射鏡，與波分復用器相連，作為激光器的一個腔鏡，其實現形式有多種，包括光纖斷面鍍高反射膜、利用光纖塞格納克環均能夠實現； 所述可調諧帶通濾波器，兩端分別和增益介質及模式耦合部分相連；帶通濾波器是指某一波長范圍內的光能夠以很小的衰減高透過率通過，而其他范圍的波長分量將會很大程度的衰減，可調諧帶通濾波器是指機械或者電控調節能夠實現高透過率波長位置改變的帶通濾波器； 所述模式耦合部分，兩端分別與可調諧帶通濾波器及少模光纖光柵相連，其實現形式為:光纖耦合器、光纖錯位熔接或光纖拉錐；所述模式耦合部分能夠將增益介質產生的基模激光轉化為基模和高階模的混合模式激光； 所述少模光纖光柵，一端與模式耦合部分相連，另一端作為激光器的輸出端口 ；所述少模光纖是指允許除了基模之外，還允許一階高階模式傳輸的光纖；所述少模光纖光柵是指在對于布拉格波長為少模光纖上刻寫的布拉格光柵，基模激光與一階高級模激光在所述的少模光纖光柵上的反射波長不同。
2.根據權利要求1所述的橫模-波長相關可調激光器，其特征在于:所述激光器的諧振波長由可調諧帶通濾波器控制，帶通濾波器高透射率波長的光損耗最小，在增益競爭中占據優勢，形成激光諧振。
3.根據權利要求1所述的橫模-波長相關可調激光器，其特征在于:所述少模光纖光柵對于不同階次模式反射波長不同，當激光諧振波長和少模光纖光柵的基模反射波長相同時，由稀土摻雜光纖產生的基模激光經過模式耦合部分得到的混合模式中的基模滿足光柵反射條件而被反射回腔內繼續諧振，而一階高級模由于不受少模光纖光柵的限制而成為輸出模式；當激光諧振波長和少模光纖光柵的一階高級模反射波長相同時，混合模式中的一階高級模滿足光柵反射條件而被反射回腔內，而基模成為輸出模式，利用可調諧帶通濾波器控制激光器的諧振波長，從而控制輸出激光的橫模，即橫模-波長相關可調。
【文檔編號】H01S3/067GK103457142SQ201310306813
【公開日】2013年12月18日 申請日期:2013年7月22日 優先權日:2013年7月22日
【發明者】孫彪, 顧春, 陳國梁, 周勇, 王安廷, 許立新, 明海 申請人:中國科學技術大學