隨著激光光場的應(yīng)用拓展，在激光光場中引入偏振、相位自由度，實(shí)現(xiàn)新型結(jié)構(gòu)光場是當(dāng)前激光光場調(diào)控的發(fā)展趨勢。近年來，基于全光纖結(jié)構(gòu)產(chǎn)生新型結(jié)構(gòu)光場受到廣泛關(guān)注，通過對(duì)偏振和相位的調(diào)控可以產(chǎn)生帶有偏振奇點(diǎn)的柱矢量光束、相位奇點(diǎn)的渦旋光束以及無衍射特點(diǎn)的貝塞爾光束，這些光場因其特殊的結(jié)構(gòu)可為實(shí)際工程問題的解決提供新思路。

　　為了在全光纖激光器中實(shí)現(xiàn)模式切換，需要引入模式轉(zhuǎn)換器。與大體積光纖組件和空間光器件相比，全光纖模式轉(zhuǎn)換器具有體積小、穩(wěn)定性強(qiáng)和擴(kuò)展性好等優(yōu)點(diǎn)，使得激光器的緊湊性和熱穩(wěn)定性均可得到提升。其中，模式選擇耦合器(MSC)作為一種光纖模式轉(zhuǎn)換器件，可以通過調(diào)控相位匹配條件實(shí)現(xiàn)基模到高階模式的模式耦合，具有較寬的模式轉(zhuǎn)換帶寬、較低的插入損耗以及較高的模式純度等優(yōu)點(diǎn)。

　　近年來，基于MSC的多種高階模式脈沖光纖激光器被相繼報(bào)道，然而大多數(shù)本質(zhì)上屬于腔外模式轉(zhuǎn)換，即光纖激光器的諧振腔內(nèi)只有基模運(yùn)轉(zhuǎn)，高階模式在腔外輸出。此模式下的模式純度會(huì)受到轉(zhuǎn)換效率的限制，而且脈沖激光器輸出的橫模和波長單一，不能切換。

　　創(chuàng)新研究

　　針對(duì)以上問題，上海大學(xué)曾祥龍教授課題組提出將光纖模式轉(zhuǎn)換器件和光纖激光技術(shù)相結(jié)合的思路，制備了橫模可切換的調(diào)Q光纖激光器。通過腔內(nèi)的高階模式參與激光振蕩，實(shí)現(xiàn)了可見光到近紅外波段的高階橫模激光鎖模技術(shù)，產(chǎn)生了具有不同空間偏振分布的柱矢量和渦旋光束，促進(jìn)了高階模式光纖激光器的進(jìn)一步發(fā)展。

　　橫模可切換的調(diào)Q摻鉺光纖激光器結(jié)構(gòu)如圖1所示。將一個(gè)單模光纖布拉格光柵(SMF-FBG)和一個(gè)少模光纖布拉格光柵(FM-FBG)分別拼接在MSC兩個(gè)分支的末端，用來選擇激光的發(fā)射波長;通過偏振控制器(PCs)改變激光腔內(nèi)的偏振相關(guān)損耗;MSC在激光腔中充當(dāng)模式轉(zhuǎn)換器和波束分離器;同時(shí)將基于碳納米管的飽和吸收體(CNT-SA)插入激光腔內(nèi)，實(shí)現(xiàn)了自啟動(dòng)調(diào)Q脈沖輸出。該激光器可以實(shí)現(xiàn)輸出波長在1530.5 nm和1535.5 nm切換，同時(shí)激光橫模可以在LP01模式與LP11模式切換。

　　圖1 橫模可切換調(diào)Q摻鉺光纖激光器實(shí)驗(yàn)裝置圖

　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。由于MSC具有模式分離特性，通過FM-FBG與MSC的共同作用，激光器可以實(shí)現(xiàn)輸出波長的選擇以及不同橫模間的轉(zhuǎn)換。腔內(nèi)激光在MSC和FM-FBG部分以LP11模式傳輸，而在MSC和SMF-FBG之間以LP01模式傳輸。由于FM-FBG具有模式相關(guān)的波長選擇特點(diǎn)，輸出的激光波長與LP11模式對(duì)應(yīng)峰波長一致，即1532.15 nm，同時(shí)輸出的橫模為LP11模式。

　　圖2 (a) 雙激光輸出光譜，插圖為雙波長下對(duì)應(yīng)的模斑強(qiáng)度分布;(b)在雙波長狀態(tài)下不同泵浦功率下的調(diào)Q脈沖;(c) 徑向偏振光的強(qiáng)度分布以及隨起偏器偏振方向旋轉(zhuǎn)后的模斑演化圖

　　結(jié)論

　　相比于空間光路系統(tǒng)，利用光纖模式系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)不同特性的光場調(diào)控，具有高靈活性和高穩(wěn)定性，可解決實(shí)際應(yīng)用中的技術(shù)瓶頸問題。同時(shí)，該研究拓展了MSC在激光橫模可切換中的應(yīng)用，同時(shí)為獲得多種激光光場調(diào)控提供了一種全光纖的方案，也為高度集成化、一體化的激光器研究提供了一種全新的設(shè)計(jì)思路。

　　研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、上海市科委項(xiàng)目和東方學(xué)者項(xiàng)目的資助。

　　參考文獻(xiàn)： 中國光學(xué)期刊網(wǎng)

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