[发明专利]一种基于双涡旋波片的光学涡旋光纤激光器

说明书

本发明公开了一种基于双涡旋波片的光学涡旋光纤激光器，包括环形腔，环形腔包括首尾依次相连的波分复用器、增益光纤、空间光部分和多个单模光纤，空间光部分的输入端和输出端均连接有光纤准直器，所述的波分复用器与光源连接，环形腔内的光纤光路上或空间光部分的空间光路上连接有光隔离器，光纤光路或空间光路上集成有偏振控制模块，空间光部分包括多个涡旋波片，涡旋波片之间设有输出镜。本发明将双涡旋波片插入光纤激光器的激光腔内，一方面大幅度地减少了背向反射光回到光纤光路而造成不稳定因素，另一方面，大幅度地提高了腔内光束的利用率，避免了少模光纤及选模器件的使用，从而获得高纯度、高利用率的超短脉冲圆柱矢量光束及涡旋光束。

技术领域

本发明涉及新型矢量光场调控领域，尤其涉及一种基于双涡旋波片的光学涡旋光纤激光器。

背景技术

光学涡旋是一种新型结构光束，典型的光学涡旋包括圆柱矢量光束和涡旋光束。其中，圆柱矢量光束具有旋转对称的偏振分布，典型的圆柱矢量光束有径向偏振光束和角向偏振光束。圆柱矢量光束的中心存在偏振奇点，表现为中心光强为零的环状光强分布。偏振态的各向异性以及环形光强分布的特性使圆柱矢量光束广泛的应用于激光加工、粒子加速、表面等离激元激发、超分辨率光学显微、光学镊子等领域；而涡旋光束是指波前具有的新型结构光束，其单个光子携带的轨道角动量(Orbital Angular Momentum,OAM)，因为又被称为OAM光束。OAM光束的中心存在相位奇点，也表现为中心光强为零的环状光强分布。携带轨道角动量以及环状光强分布的特性使涡旋光束在轨道角动量复用光纤通信、粒子操控、激光微纳加工等领域具有广泛的应用前景。随着学者们的深入研究，光学涡旋的各种新应用层出不穷，对光学涡旋激光器有着强烈的需求。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种基于双涡旋波片的光学涡旋光纤激光器，在光纤激光器的腔内插入两面相同的光学涡旋波片，通过对激光腔内偏振态的调控，分别实现圆柱矢量光束(含径向和角向偏振光束)和涡旋光束的输出。

技术方案：本发明包括环形腔，所述的环形腔包括首尾依次相连的波分复用器、增益光纤、空间光部分和多个单模光纤，所述空间光部分的输入端和输出端均连接有光纤准直器，所述的波分复用器与光源连接，所述环形腔内的光纤光路上或空间光部分的空间光路上连接有光隔离器，所述的光纤光路或空间光路上集成有偏振控制模块，所述的空间光部分包括多个涡旋波片，所述的涡旋波片之间设有输出镜。

所述空间光部分的输入端连接有第二光纤准直器，输出端连接有第一光纤准直器。

所述的空间光部分包括第一涡旋波片和第二涡旋波片，所述的第一涡旋波片和第二涡旋波片之间设有输出镜，其中，第一涡旋波片置于第二光纤准直器一侧，第二涡旋波片置于第一光纤准直器一侧。

所述的单模光纤包括第一单模光纤和第二单模光纤，所述的第一单模光纤一端与第一光纤准直器连接，另一端与第二单模光纤连接，第二单模光纤的另一端与波分复用器连接。

所述的第一单模光纤和第二单模光纤之间设有锁模器件，所述的锁模器件包括第一光纤跳线和第二光纤跳线，其中，第二光纤跳线与第一单模光纤连接，第一光纤跳线与第二单模光纤连接。

所述的锁模器件集成至光纤光路或放置在空间光路。

所述的第一光纤跳线和第二光纤跳线采用光纤耦合器连接，第一光纤跳线和第二光纤跳线之间设有可饱和吸收体。

所述的光隔离器采用置于腔内空间光路的空间光隔离器或置于腔内光纤光路的光纤隔离器。

所述的偏振控制模块采用置于光纤光路中的光纤偏振控制器或置于空间光光路中的半波片与四分之一波片的组合，所述的半波片和四分之一波片顺光路依次设置，其中，半波片置于第二光纤准直器一侧，四分之一波片另一侧设有第一涡旋波片。

所述的增益光纤为稀土掺杂增益光纤，增益光纤受激辐射出的光波长应大于该装置中单模光纤的截止频率，使单模光纤工作在单模传输状态。