全光纖軸對稱偏振雷射器的脈衝技術和偏振調控研究

《全光纖軸對稱偏振雷射器的脈衝技術和偏振調控研究》是依託中國科學技術大學，由王安廷擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：全光纖軸對稱偏振雷射器的脈衝技術和偏振調控研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：王安廷
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

偏振是光的主要特性，軸對稱偏振光束的電場振動方向在光束橫截面上具有軸對稱性，光束的波振面呈漩渦狀，且中心呈現奇異性。軸對稱偏振光束獨特的光學特性使其在生物光鑷、空間通信、高解析度顯微鏡技術、電子加速以及雷射加工等領域有著非常重要的套用。軸向偏振雷射器全光纖化是目前一個重要的發展方向，目前的軸對稱偏振光纖雷射器中通常都包含體器件，造成雷射器閾值高且結構複雜。本項目在前期工作的基礎上，全面研究少模光纖光柵的色散特性、頻寬特性、偏振模式與波長對應特性等，開展基於少模光纖光柵的全光纖雷射器中軸對稱偏振光束的產生機理、調Q技術、鎖模技術和偏振調控技術等研究，獲得的全光纖軸對稱偏振雷射器的脈衝輸出，拓展軸對稱偏振光束的功能並使得很多新的套用成為可能。

結題摘要

軸對稱偏振光束在眾多領域具有廣泛套用並有其獨特優勢，本項目從理論和實驗上對基於少模光纖光柵的全光纖雷射器中軸對稱偏振光束的產生機理、產生技術和偏振調控技術進行多維研究，研製了各類全光纖軸對稱偏振連續輸出雷射器、調Q雷射器和鎖模雷射器。取得主要成果如下：①採用耦合模理論數值模擬了少模光纖光柵的回響特性，採用三維結構的功率傳輸方程對基於少模光纖光柵全光纖軸對稱偏振光雷射器進行系統分析。②研製了基於少模光纖光柵的低閾值單波長全光纖摻鐿光纖雷射器並實現了高純度的軸對稱偏振光束輸出；在雷射腔內加入可調諧濾波器，搭建了一種“橫模-波長”關聯可調的光纖雷射器，調諧雷射器波長獲得了基模、二階模和相干混合模三種不同的橫模狀態，其中角向偏振模式和徑向偏振模式的模式純度分別為99.3%和99%。③採用二硫化鎢體材料實現了重頻和單脈衝能量可調的軸對稱偏振調Q雷射器，雷射器工作於1547.5nm，脈衝重複頻率可隨泵浦強度在80 kHz到120 kHz間調節，最小脈寬可達958 ns，脈衝能量可達4.6 nJ。④結合高速光調製器實現全光纖軸對稱偏振主動鎖模雷射器，得到了高純度的徑向和角向偏振雷射超短脈衝，脈衝重複頻率為12.6 MHz，脈寬為2 ns，在泵浦功率為350 mW時，得到的單脈衝能量為1.09 nJ，峰值功率為324 mW；利用非線性放大環形鏡作為鎖模元件，獲得了穩定工作的軸對稱偏振鎖模雷射器的方波脈衝輸出，脈寬從2.8 ns到23 ns連續可調，得到了純度為96%的徑向偏振和角向偏振的超短脈衝雷射；採用碳納米管作為鎖模元件，研製了自啟動的全光纖軸對稱偏振被動鎖模雷射器，脈衝重頻為10.61 MHz，脈寬為22.73 ps，信噪比高達75 dB。研究成果極大地豐富了軸對稱偏振光束的功能，並拓展了軸對稱偏振光束在雷射加工、粒子加速、雷射光鑷以及高分辨顯微成像等領域的套用。