[发明专利]一种基于模式选择耦合器的8字腔锁模柱矢量光纤激光器

说明书

本发明公开了一种基于模式选择耦合器的8字腔锁模柱矢量光纤激光器，包括泵浦源、波分复用器、增益光纤、单模光纤、第一偏振控制器、第二偏振控制器、3dB耦合器、隔离器、耦合器和模式选择耦合器；泵浦源的输出端与波分复用器的短波长输入端相连，波分复用器的输出端依次通过增益光纤、单模光纤、第一偏振控制器与3dB耦合器的1端口输入端相连，3dB耦合器的2端口输入端和波分复用器的长波长端口相连，3dB耦合器的4端口依次通过隔离器、耦合器、模式选择耦合器与3dB耦合器的3端口相连，构成一个8字谐振腔，第二偏振控制器连接到模式选择耦合器的少模光纤输出端。本发明具有光纤激光器输出脉冲窄、柱矢量激光偏振纯度高、损耗小、成本低的优点。

技术领域

本发明属于光纤激光器领域，具体涉及一种基于模式选择耦合器的8字腔锁模柱矢量光纤激光器。

背景技术

近些年来，柱矢量激光，特别是具有超短脉冲宽度的柱矢量激光因其对称的偏振特性和强度特性，以及径向偏振光在高数值孔径下的聚焦特性，受到了极大的关注，被广泛应用于材料加工、光镊、光纤传感、表面等离子激发和光纤通信等领域。

目前，柱矢量激光主要通过空间相位调制器、组合半波片、双折射晶体和亚波长光栅等体块式自由空间器件对光偏振态的精确调控来获得。但是利用上述器件产生柱矢量激光，对于这些器件的精密程度和作用范围都有着严格的要求，而且光路不易集成、制作成本高。

近几年，利用全光纤的方法激发高阶模并获得柱矢量激光成为研究热点，主要利用光纤错位耦合的方法激发高阶模，以少模光纤光栅作为横向高阶模选模单元，结合锁模技术获得超短脉冲柱矢量激光，如公告号为CN102544999B、名称为“基于少模光纤光栅的全光纤轴对称偏振光束激光器及产生方法”的发明专利。通过错位耦合和少模光栅的全光纤方法激发柱矢量激光的优点是结构简单，易于集成，然而其缺点在于：(1)光纤错位耦合的方法产生的高阶模损耗较大，柱矢量激光斜率效率低、输出功率小，限制了其在长距离光纤通信和光纤传感系统中的应用；(2)通过错位耦合的方法产生高阶模的同时，必须使用少模光栅进行选模操作，而少模光栅制备技术要求高，周期长，价格昂贵，实用化性能较低。因此，如何实现一种低损耗、高效率、全光纤和低成本的方法以获得纯度高、稳定性高、结构紧凑的超短脉冲柱矢量激光器具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决是克服现有技术产生超短脉冲柱矢量激光的结构复杂、损耗大、效率低和制作成本昂贵等缺点，提供一种新型的产生超短脉冲柱矢量激光的方法，即基于模式选择耦合器的8字腔锁模柱矢量光纤激光器，该激光器的所有器件均采用全光纤耦合方式，结构紧凑，不受外界因素干扰，可连续稳定工作，而且该光纤激光器损耗小、成本低、输出效率高。通过8字腔构成非线性放大环镜，实现锁模操作，获得超短脉冲宽度激光输出；腔内置入模式选择耦合器，实现高纯度、高效率的超短脉冲柱矢量激光输出。

为解决上述技术问题本发明采用的技术方案是一种基于模式选择耦合器的8字腔锁模柱矢量光纤激光器，包括：泵浦源、波分复用器、增益光纤、单模光纤、第一偏振控制器、第二偏振控制器、3dB耦合器、隔离器、耦合器和模式选择耦合器；其中，泵浦源的输出端与波分复用器的短波长输入端相连，波分复用器的输出端依次通过增益光纤、单模光纤、第一偏振控制器与3dB耦合器的1端口输入端相连，3dB耦合器的2端口输入端和波分复用器的长波长端口相连，3dB耦合器的4端口依次通过隔离器、耦合器、模式选择耦合器与3dB耦合器的3端口相连，构成一个8字谐振腔，第二偏振控制器连接到模式选择耦合器的少模光纤输出端。

进一步，上述模式选择耦合器可以在不同的光纤输出端选择性地输出不同的模式，具有模式转换和模式选择两个功能，且插入损耗小。

由于8字腔中的非线性放大环镜的作用，在3dB耦合器4端口输出端输出光脉冲，光脉冲经隔离器和耦合器后进入模式选择耦合器的输入端，通过模式选择耦合器实现从基模LP01到高阶模LP11模式转换，在单模光纤输出端口输出基模LP01，在少模光纤输出端输出高阶模LP11。