【《支持CVB光束輸出的光纖激光器研究文獻綜述》1700字】

支持CVB光束輸出的光纖激光器研究文獻綜述圓柱矢量光束包括徑向偏振光和角向偏振光，由于其在場幅值和偏振分布上具有獨特的軸對稱特性，在高分辨率計量[6]、粒子捕獲[7]、材料加工[8]等領域中取得很多重要研究成果，近年來引起了人們越來越多的關注。各種產生CVB的技術已被提出和論證，包括使用空間偏振選擇元件和全光纖方法。相比與在激光腔中引入雙錐棱鏡[9]、雙折射元件[10]、空間光調制器[11]和亞波長光柵[12]等空間偏振選擇元件來產生CVB的方式，全光纖方法具有損耗低、效率高、結構簡單等優點，還可以與光纖激光器的腔內鎖模和調Q技術有效結合產生脈沖CVB。在光纖激光器中，LP11模式是四個簡并矢量模式的線性疊加，即TM01（徑向偏振），TE01（角向偏振）和HE21（偶數和奇數）模式。因此，柱矢量模式可以通過控制激射LP11模式的光纖激光器的偏振狀態得到。因此，對于具有CVB光束輸出的激光器而言，關注的兩個重點：一是模式轉換器，將基模轉換為LP11模；二是偏振狀態選擇，選擇性地激發徑向或角向偏振光束。下面對近幾年來幾種主要的CVB光纖激光器結構進行闡述。2012年2月，中國科學技術大學的BiaoSun等人展示了一種使用少模光纖布拉格光柵來生成低閾值圓柱矢量光束的新型全光纖集成激光器[13]，其設計示意圖如圖1.3(a)所示。在激光腔中使用橫向偏移拼接，從基模有效地耦合到期望的高階模式，FM-FBG在光纖激光腔內進行波長選擇并改善輸出模式質量和極化純度。該全光纖激光器以1053nm的單一波長工作，3dB線寬小于0.02nm，信噪比大于55dB，閾值低至16mW。激光器產生的徑向和角向偏振光束具有很好的模態對稱性，偏振純度超過94%。只需調節光纖激光器腔內的偏振控制器，即可實現徑向和角向偏振模式的切換。2018年2月，中國科學技術大學的RuishanChen等人通過在激光腔中引入長周期光纖光柵，實現了一種具有高斜率效率和低閾值的圓柱矢量光束輸出的新型全光纖激光器[14]，如圖1.3(b)所示。LPFG作為腔內模式轉換器，在約1548nm波長處實現LP01模到LP11模的高效模式轉換，結合兩模光纖布拉格光柵實現模式選擇和光譜濾波。光纖激光器工作在1547.95nm的單一波長，30dB線寬小于0.18nm，邊模抑制比大于56dB。該激光器的斜率效率高達35.41%，閾值為24.5mW。通過調節腔內偏振控制器，可以獲得高純度的徑向和角向偏振光束，徑向和角向偏振光束的模式純度分別為98.12%和98.33%。南京郵電大學先進光子技術實驗室的HongdanWan等人于2017年5月提出并展示了一種能產生高效率和高模式純度圓柱矢量光束的全光纖被動鎖模激光器[15]。激光器結構如圖1.3(c)所示，通過弱融合技術制造的模式選擇耦合器被應用到了激光器的8字型腔中，這是第一篇將使用弱融合技術制造的MSC用作光纖激光腔中的橫向模式轉換器和分離器的報道。所使用的MSC具有約0.65dB的低插入損耗，可以在1550nm波長附近實現模式純度大于94%的徑向和角向偏振光束。2018年8月，HongdanWan等人將激光器的工作波長擴展到了1.0μm波段，提出并證明了一種產生CVB光束的被動鎖模摻鐿光纖激光器[16]，其結構如圖1.3(d)所示。在激光腔內使用MSC作為橫模轉換器和分離器，半導體可飽和吸收鏡實現被動鎖模。實現的CVB光束輸出光纖激光器的中心波長為1042.3nm，3dB光譜寬度為1.5nm。通過調節光纖環腔中的偏振控制器來切換徑向和角向偏振的矢量光束，測得的模式純度大于95%。圖1.3支持CVB光束輸出的光纖激光器結構(a)使用FM-FBG生成低閾值圓柱矢量光束的全光纖激光器[13](b)采用LPFG的高效全光纖圓柱矢量光束激光器[14](c)基于MSC的能產生高效率和高模式純度圓柱矢量光束的全光纖被動鎖模激光器[15](d)基于MSC的具有圓柱矢量光束輸出的被動鎖模摻鐿光纖激光器[16]參考文獻[1]RichardsonDJ.FillingtheLightPipe[J].Science,2010,330(6002):327-328.[2]ChanglongXu,KeYan,ChunGu,etal.All-fiberlaserwithflattopbeamoutputusingafew-modefiberBragggrating[J].OpticsLetters,2018,43(6):1247-1250.[3]YipingHuang,FanShi,TengWang,etal.High-ordermodeYb-dopedfiberlasersbasedonmode-selectivecouplers[J].OpticsLetters,2018,26(15):19171-19181.[4]TingtingYan,YouchaoJiang,HaisuLi,etal.Switchabledual-modeall-fiberlaserbyusingLPGandFBG[C].AsiaCommunicationsandPhotonicsConference(ACP),2018.[5]NingWang,J.C.AlvaradoZacarias,J.EnriqueAntonio-Lopez,etal.Transversemode-switchablefiberlaserbasedonaphotoniclantern[J].OpticsLetters,2018,26(25):32777-32787.[6]L.Novotny,M.R.Beversluis,K.S.Youngworth,etal.Longitudinalfieldmodesprobedbysinglemolecules[J].PhysicalReviewLetters,2001,86(23):5251.[7]H.Kavauchi,K.Yonezawa,Y.Kozawa,etal.Calculationofopticaltrappingforcesonadielectricsphereintherayopticsregimeproducedbyaradiallypolarizedlaserbeam[J].OpticsLetters,2007,32(13):1839-1841.[8]M.Meier,V.RomanoandT.Feurer.Materialprocessingwithpulsedradiallyandazimuthallypolarizedlaserradiation[J].AppliedPhysics,2006,86(3):329-334.[9]J.L.Li,K.Ueda,M.Musha.GenerationofradiallypolarizedmodeinYbfiberlaserbyusingadualconicalprism[J].OpticsLetters,2006,31(20):2969–2971.[10]M.P.Thirugnanasambandam,Y.Senatsky,K.Ueda.GenerationofradiallyandazimuthallypolarizedbeamsinYb:YAGlaserwithintra-cavitylensandbirefringentcrystal[J].OpticsLetters,2011,19(3):1905–1914.[11]S.Ngcobo,I.Litvin,L.Burger.Adigitallaserforon-demandlasermodes[J].NatureCommun,2013,44:2289.[12]D.Lin,K.Xia,J.Li.Efficient,high-power,andradiallypolarizedfiberlaser[J].OpticsLetters,2010,35(13):2290–2292.[13]SunB,WangA,XuL,etal.Low-thresholdsingle-wavelengthall-fiberlasergeneratingcylindricalvectorbeamsusingafew-modefiberBragggrating[J].OpticsLetters,2012,37(4):464-466.[14]RuishanChen,JinghaoWang,XiaoqiangZhang,etal.Highefficiencyall-fibercylindricalvectorbeamlaserusingalong-periodfibergrating[J].OpticsLe