[发明专利]一种基于模式选择耦合器的1μm波段柱矢量光纤激光器

权利要求书

1.一种基于模式选择耦合器的1μm波段柱矢量光纤激光器，其特征在于，包括：泵浦源、波分复用器、增益光纤、环形器、单模布拉格光栅、第一偏振控制器、第二偏振控制器、模式选择耦合器和准直器；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通过增益光纤与环形器的1端口相连，环形器的2端口连接单模布拉格光栅，环形器的3端口通过第一偏振控制器、模式选择耦合器和波分复用器的长波长相连，第二偏振控制器和准直器连接到模式选择耦合器的少模光纤输出端，模式选择耦合器采用一种无预拉的熔融拉锥方式制备，工作波长在1μm附近，可以将单模光纤中的基模转换成为少模光纤中的高阶模并在耦合器输出端选择性地输出不同的模式，具有模式转换和模式分离两个功能，光被增益光纤放大进入环形器时，被单模布拉格光栅反射，通过第一偏振控制器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到高阶模的模式转换，在单模光纤输出端口输出基模，在少模光纤输出端输出高阶模，通过在环形器的2端口连接一个单模布拉格光栅可以窄化激光的带宽和提高柱矢量激光的纯度，通过调节模式选择耦合器两端的第一偏振控制器和第二偏振控制器，在模式选择耦合器的输出端即光纤激光器的输出端得到环状分布、模式纯度高的柱矢量激光；

模式选择耦合器的工作原理如下：

式中，Z表示耦合长度，A₁和A₂分别为单模光纤中的LP01模和少模光纤中被激起的某一模式的模场振幅；β₁和β₂分别为单模光纤中的LP01模式和少模光纤中被激起的某一模式的传播常数；C₁₁和C₂₂为自耦合系数；C₁₂和C₂₁为互耦合系数，自耦合系数相对于互耦合系数很小，能忽略不计，且近似有C₁₂＝C₂₁＝C，经上式求得耦合器两个输出端口的光功率为：

如果β₂为少模光纤中LP11模的传播常数时，当β₁和β₂相等时，即单模光纤中的LP01模和少模光纤中的LP11模满足相位匹配条件，此时相位不匹配度Δβ＝β₁-β₂等于0，在相位匹配条件下公式(3)和(4)能简化为P₁(z)＝cos²(cz),P₂(z)＝sin²(cz)，在相位匹配情况下，两个模式进行周期性功率交换，实现了LP01模向LP11模模式转换的功能；在单模光纤输出端输出LP01模，在少模光纤输出端输出LP11模，通过在不同的光纤输出端选择性的输出不同的模式，实现了模式选择的功能。