【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及，具體涉及一種基于旋轉錐形光纖的柱矢量光纖放大器。
技術介紹
1、柱矢量激光包括徑向偏振光(tm01模)和角向偏振光(te01模)，其具有軸對稱的偏振及環形強度分布特點，強聚焦條件下會形成一個獨特且較強的局部縱向電場，在工業加工、材料處理、粒子操控、顯微成像等領域具有獨特的應用優勢。例如，采用柱矢量光進行激光焊接或切割時可實現加工速度提高1.5-2倍，進行激光打孔時可獲得高寬深比的直孔，對微納材料進行加工時可獲得更優良的仿生表面結構。
2、目前產生柱矢量光的常用方法包括以下幾種：一種是采用空間轉換元件(如雙折射晶體、亞波長光柵鏡、q波片、s波片等)將lp01模轉換為tm01模或te01模，然后將其注入到增益光纖(如大模場摻鐿光纖、大模場摻餌光纖等)中進行放大；另一種是采用空間轉換元件將lp01模轉換為tm01模或te01模，然后將其注入單晶光纖或熱導光纖棒中進行轉換；還有一種是采用光纖轉換器件(如機械式長周期光柵)結合mopa結構，注入到增益光纖中進行放大。
3、上述方案主要采用不同的選模方案結合各種不同增益光纖進行放大，以單晶光纖或熱導光纖棒來說，其雖然可以作為柱矢量光的放大增益介質，但受其本身尺寸和摻雜濃度的限制，放大效率低，熱效應較高、發熱量大且制作工藝較為復雜、成本較高；而采用各向同性大模場光纖作為增益介質時，光纖內部的不均勻性(包括彎曲、橫向壓縮、橢圓芯以及由于摻雜劑分布的變化而產生的固有應力等)，使得內部雙折射隨機變化導致傳輸和放大過程中空間強度和偏振分布的畸變，限制了光束質量性
4、針對上述問題也提出了幾種解決方法：一種是在柱矢量種子光和放大級之間添加半波片進行相位補償；另一種就是通過將雙折射90°石英旋光晶體和4f成像系統的結合可以有效地補償徑向偏振光的退偏；還有一種通過將半波片和道威棱鏡組合，通過旋轉雙折射增益介質進行純度補償。然而，以上這些方法僅適用于空間光結構，不適用于全光纖結構。此外還可以使用全光纖保偏結構的光纖放大器，其可以有效的解決功率放大過程中偏振純度和模式純度的退化問題。然而，由于需要使用高質量的保偏光纖和相關的光學器件(如保偏光纖耦合器、隔離器等)，全光纖保偏放大器的成本通常較高，且高功率光纖放大器在工作過程中會產生大量的熱量，散熱設計較為復雜。全光纖保偏結構由于其緊湊性，散熱問題可能更加突出。
技術實現思路
1、針對現有技術中存在的不足之處，本專利技術提供一種基于旋轉錐形光纖的柱矢量光纖放大器，其采用旋轉錐形光纖(st-dcf)作為增益光纖，其在柱矢量光放大過程中能夠有效保持光偏振的穩定性，降低其對溫度的敏感性，同時提高模式純度。
2、本專利技術公開了一種基于旋轉錐形光纖的柱矢量光纖放大器，包括：柱矢量光種子源；
3、所述柱矢量光種子源的柱矢量光傳輸方向上依次設有隔離器、合束器、旋轉錐形光纖和包層光泵浦剝離器，所述合束器的輸入端還熔接有第一泵浦源。
4、作為本專利技術的進一步改進，所述第一泵浦源為中心波長為976nm的半導體激光器，所述合束器為(2+1)×1的合束器，所述包層泵浦剝離器后接8°角。
5、作為本專利技術的進一步改進，所述柱矢量光種子源包括第二泵浦源、波分復用器、增益光纖、耦合器、第一偏振控制器、偏振相關隔離器、第二偏振控制器和模式選擇耦合器；
6、所述第二泵浦源與所述波分復用器的輸入端相熔接，所述波分復用器的輸出端通過尾纖熔接在所述增益光纖(單包層單模摻鐿光纖sm-ysf-hi-hp)的輸入端上，所述增益光纖的輸出端與1×2的耦合器的輸入端進行熔接，所述耦合器的第一輸出端用于輸出激光，所述耦合器的第二輸出端與所述第一偏振控制器的輸入端熔接，所述第一偏振控制器的輸出端熔接在所述偏振相關隔離器的輸入端上，所述偏振相關隔離器的輸出端與所述第二偏振控制器的輸入端熔接，所述第二偏振控制器的輸出端與所述模式選擇耦合器的輸入端相熔接，所述模式選擇耦合器的輸出端與所述波分復用器的輸入端熔接形成環形腔。
7、作為本專利技術的進一步改進，所述第二泵浦源為中心波長為976nm的半導體激光器，所述耦合器為1×2的耦合器。
8、作為本專利技術的進一步改進，所示第二泵浦源發出的光經過波分復用器耦合進入增益光纖，增益光纖輸出的光經過耦合器，耦合器將一部分光輸出，另一部分通過第一偏振控制器進行偏振態調節，輸出的光經過偏振相關隔離器將光變成線偏振光，偏振相關隔離器輸出端的光經過第二偏振控制器變成橢圓偏振光，由于腔內非線性效應，當光通過第一偏振控制器實現非線性偏轉鎖模，第二偏振控制器的輸出光經過模式選擇耦合器后輸出lp11模的光，在腔內產生諧振。
9、作為本專利技術的進一步改進，所述旋轉錐形光纖的結構為在錐形光纖的外表面形成有旋轉螺距。
10、作為本專利技術的進一步改進，所述旋轉錐形光纖的制備方法為：在沿x方向拉制預制棒形成錐形光纖的過程中，同時繞x軸轉動預制棒，以最終得到旋轉錐形光纖。
11、作為本專利技術的進一步改進，所述預制棒為階躍式折射率預制棒，各層的折射率要求為具有第一折射率n1的纖芯部分以及一個低于第一折射率的包層折射率n2(n1＞n2)，光纖的螺距長度隨著光纖長度2.5m在30～31mm范圍內變化，為了提高包層對泵浦的吸收率包層被截斷成4次，形狀類似一個帶圓角的正方形。預制件的纖芯包層直徑為11.5，纖芯從12.5到37.5μm的范圍內變化，其錐角為1×10-5。
12、與現有技術相比，本專利技術的有益效果為：
13、本專利技術的柱矢量光纖放大器采用旋轉錐形光纖(st-dcf)作為增益光纖,通過旋轉錐形光纖可以有效解決柱矢量光在放大過程中由于雙折射的溫度敏感性而使雙折射發生急劇變化，而導致輸出光的偏振態不穩定的現象，從而提高光纖放大器的偏振純度；旋轉錐形光纖結合了旋轉光纖以及錐形光纖兩種結構，可以作為一種多功能復合技術，對用于傳輸具有復雜空間和偏振分布的高功率短脈沖信號方面具有巨大的潛力。同時，對旋轉錐形光纖進行合理的設計，可以實現在放大過程中實現基模與高階模的模式耦合，使得放大后柱矢量光的模式純度能夠得到改善。
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1.一種基于旋轉錐形光纖的柱矢量光纖放大器，其特征在于，包括：柱矢量光種子源；
2.如權利要求1所述的柱矢量光纖放大器，其特征在于，所述第一泵浦源為中心波長為976nm的半導體激光器，所述合束器為(2+1)×1的合束器，所述包層泵浦剝離器后接8°角。
3.如權利要求1所述的柱矢量光纖放大器，其特征在于，所述柱矢量光種子源包括第二泵浦源、波分復用器、增益光纖、耦合器、第一偏振控制器、偏振相關隔離器、第二偏振控制器和模式選擇耦合器；
4.如權利要求3所述的柱矢量光纖放大器，其特征在于，所述第二泵浦源為中心波長為976nm的半導體激光器，所述耦合器為1×2的耦合器。
5.如權利要求3所述的柱矢量光纖放大器，其特征在于，所示第二泵浦源發出的光經過波分復用器耦合進入增益光纖，增益光纖輸出的光經過耦合器，耦合器將一部分光輸出，另一部分通過第一偏振控制器進行偏振態調節，輸出的光經過偏振相關隔離器將光變成線偏振光，偏振相關隔離器輸出端的光經過第二偏振控制器變成橢圓偏振光，由于腔內非線性效應，當光通過第一偏振控制器實現非線性偏轉鎖模，第二偏振控制器的
6.如權利要求1～5中任一項所述的柱矢量光纖放大器，其特征在于，所述旋轉錐形光纖的結構為在錐形光纖的外表面形成有旋轉螺距。
7.如權利要求6所述的柱矢量光纖放大器，其特征在于，所述旋轉錐形光纖的制備方法為：在沿X方向拉制預制棒形成錐形光纖的過程中，同時繞X軸轉動預制棒，以最終得到旋轉錐形光纖。
8.如權利要求7所述的柱矢量光纖放大器，其特征在于，所述預制棒為階躍式折射率預制棒，各層的折射率要求為具有第一折射率n1的纖芯部分以及一個低于第一折射率的包層折射率n2，光纖的螺距長度隨著光纖長度2.5m在30～31mm范圍內變化，為了提高包層對泵浦的吸收率包層被截斷成4次，預制件的纖芯包層直徑為11.5，纖芯從12.5到37.5μm的范圍內變化，其錐角為1×10-5。
...【技術特征摘要】
1.一種基于旋轉錐形光纖的柱矢量光纖放大器，其特征在于，包括：柱矢量光種子源；
2.如權利要求1所述的柱矢量光纖放大器，其特征在于，所述第一泵浦源為中心波長為976nm的半導體激光器，所述合束器為(2+1)×1的合束器，所述包層泵浦剝離器后接8°角。
3.如權利要求1所述的柱矢量光纖放大器，其特征在于，所述柱矢量光種子源包括第二泵浦源、波分復用器、增益光纖、耦合器、第一偏振控制器、偏振相關隔離器、第二偏振控制器和模式選擇耦合器；
4.如權利要求3所述的柱矢量光纖放大器，其特征在于，所述第二泵浦源為中心波長為976nm的半導體激光器，所述耦合器為1×2的耦合器。
5.如權利要求3所述的柱矢量光纖放大器，其特征在于，所示第二泵浦源發出的光經過波分復用器耦合進入增益光纖，增益光纖輸出的光經過耦合器，耦合器將一部分光輸出，另一部分通過第一偏振控制器進行偏振態調節，輸出的光經過偏振相關隔離器將光變成線偏振光，偏振相關隔離器輸出端的光...
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉學勝，夏南輝，鄧宸鵬，張天宇，李盈，李文博，劉友強，閆岸如，王智勇，
申請(專利權)人：北京工業大學，
類型：發明
國別省市：
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