柱矢量光纖激光器及應用研究.pdf

1、柱矢量光(CVB)，是與偏振均勻的高斯光束不同的光，其電場方向在橫截面呈中心對稱分布，而且其強度分布呈甜甜圈型，在光束正中心光強為零。柱矢量光在大數(shù)值孔徑透鏡聚焦下有獨特的聚焦特性，在激光加工、表面等離子體激發(fā)、粒子操控等領域有重要應用，因而引起各國研究者的廣泛興趣，各種柱矢量光的產(chǎn)生方式也被逐漸發(fā)掘出來，包括空間和光纖中的主、被動方法。
　　LP11模是弱波導光纖中的標量近似模，包括四種簡并?！猅E01模、TM01模、HE21

2、even模HE21odd模，他們均為柱矢量光，其中TE01模和TM01模分別對應著角向偏振光和徑向偏振光。光纖中的LP11模可以用長周期光柵或者錯位耦合來進行激發(fā)，然而這種方式不易得到非常純凈的模式輸出，因此在輸出端加入少模光纖光柵(FMFBG)來對模式進行提取，同時利用偏振控制器可以得到純凈的柱矢量光。
　　在本文中，我們介紹了柱矢量光的數(shù)學表達形式、光學特性及產(chǎn)生方法，詳細介紹了單模和多模光纖光柵的耦合理論。基于少模光纖光柵、

3、錯位熔接點和可飽和吸收體實現(xiàn)了柱矢量光的調Q輸出，并且應用柱矢量光和基模光的疊加產(chǎn)生了平頂光束，最后設計了一種大模場面積的環(huán)形光纖。
　　本文的主要工作和研究成果如下:
　　1.利用兩種可飽和吸收體（Bi2Te3和碳納米管）與聚乙烯醇(PVA)混合制備了可放置在光纖跳線頭中間的可飽和吸收體薄膜，并且將其加入光纖激光器中，搭建了基于錯位熔接點和少模光纖光柵的摻鉺柱矢量光調Q光纖激光器，實驗都得到了純凈的角向偏振光和徑向偏振光。

4、其中基于Bi2Te3的激光器脈沖重復頻率在31.54kHz到49.4kHz之間，脈沖寬度在從5.15微秒到3.71微秒之間，單脈沖能量在102nJ和124nJ之間;基于碳納米管的激光器脈沖的重復頻率30.88kHz到92.75kHz間，脈沖寬度在3.7到1.2微秒之間，最大單能量為90.14nJ。
　　2.利用少模光纖光柵和兩個單模光纖光柵(SMFBG)，搭建了一個雙腔結構的光纖激光器。其中一個單模光柵對應少模光柵基模到基模反射峰

5、，另一個對應少模光纖光柵二階模到二階模反射峰，這樣激光器可以同時輸出柱矢量光和基模光，通過分別調節(jié)兩個腔的泵浦功率就可以方便的改變兩個模式的強度，最終獲得平頂光束的輸出。該平頂光束歸一化均方根和陡峭度分別為0.048和0.872，說明是一個頂部均勻、邊緣陡峭的理想平頂光。
　　3.設計了一種大模場面積的環(huán)形光纖，并且在光纖的最外側鍍上金屬膜，利用光和金屬之間的表面等離子體效應，產(chǎn)生對各個偏振模式光的損耗差異，從而實現(xiàn)光纖的模式選擇

6、。經(jīng)過計算仿真，很短的光纖內就可以實現(xiàn)單TE01模式的低損耗輸出，而其他模式都被損耗掉。
　　本論文的創(chuàng)新點:
　　1.利用損傷閾值高并且對偏振不敏感的兩種可飽和吸收體分別獲得了調Q激光器，并且聯(lián)合錯位熔接和少模光纖光柵，在全光纖的情況下實現(xiàn)了高純度角向偏振光和徑向偏振光的調Q輸出。
　　2.利用少模光纖光柵和兩個單模光纖光柵，搭建了一個雙腔激光器，在少模光柵端可以同時獲得基模光和柱矢量光，兩種光功率可以分別進行調節(jié)，