【《支持高阶LP模式输出的光纤激光器研究文献综述》1900字】

支持高阶LP模式输出的光纤激光器研究文献综述随着模分复用成为提高光纤传输系统容量的一种有前途的解决方案，相关的光学器件也成为研究热点。而以不同LP模式工作的光纤激光器位于模分复用系统的最前端，实现对模式激励的控制，产生系统所需要的模式，是实现模分复用的前提，在近几年得到广泛关注和研究。对于能够实现高阶LP模式输出的光纤激光器，主要关注两点：一是模式转换器，即如何实现基模到高阶模式的转换；二是模式选择器，即如何选择出特定的LP模式。针对这两点，国内外研究学者已经实现了一些支持高阶LP模式激光输出的全光纤激光器，主要基于以下几种结构：OSS结合FM-FBG结构、MSC结构、LPG结合FM-FBG结构、MSPL结构。下面对几种结构的激光器近几年的研究现状进行阐述。2018年3月，中国科学技术大学的ChanglongXu等人展示了一种采用横向错位熔接结合少模光纤布拉格光栅实现具有平顶光束输出的直腔型全光纤激光器结构[2]，用两个直腔分别产生LP01模和LP11模，两模式1:1非相干叠加形成平顶光束输出，激光器的结构如图1.2(a)所示。激光腔内利用3.4μm横向偏差来实现LP01模到LP11模的模式转换，上下两个腔所用光纤布拉格光栅的中心波长分别对应FM-FBG的左峰值波长和右峰值波长，FM-FBG充当有效的模式选择器，从而使得上下两个腔分别产生LP01模、LP11模，整个激光器结构可以同时输出LP01模和LP11模。基于该结构的高阶模式输出光纤激光器具有效率较高的优势，但是OSS插入损耗大、器件制作复杂，并且受光纤布拉格光栅的分辨率的限制，这种方法只适用于激发两个最低阶模式（LP01模和LP11模），其他高阶模式由于高损失而无法维持。2018年5月，上海大学的YipingHuang等人实验研究了基于模式选择耦合器的掺镱光纤激光器[3]，分别通过直型腔和环形腔两种腔体结构实现了1.0μm波段高阶模式（LP11模、LP21模和LP02模）的连续和脉冲激光输出，激光器结构分别如图1.2(b)和图1.2(c)所示。熔融的SMF-FMF光纤耦合器插入激光腔中，作为单波长HOM的有效转换器以及输出分配器，实现了最高斜率效率为57%的LP11模式连续波激光输出和最高斜率效率为31%的LP11模式脉冲激光输出。与先前使用OSS结合FM-FBG的结构相比，这种结构的光纤激光器具有损耗低、纯度高、稳定性高的优点。2018年10月，北京交通大学的TingtingYan等人实验证明了通过级联的机械长周期光栅和两模光纤布拉格光栅实现的具有两阶横模输出的环形光纤激光器[4]，如图1.2(d)所示。LPG和FBG刻写在相同的两模光纤上。LPG用作模式转换器，结合TM-FBG实现模式选择和光谱滤波。通过调节施加到LPG的压力，实现了具有两个可切换波长的三个横向模式（LP01模、LP11a模和LP11b模）输出。但是通过调节施加到LPG的压力实现腔内模式转换的方式，控制难度大，实验可操作性差。图1.2支持高阶LP模式输出的光纤激光器结构(a)采用FM-FBG实现具有平顶光束输出的全光纤激光器[2](b)基于MSC的高阶模脉冲光纤激光器[3](c)基于MSC的高阶模连续波光纤激光器[3](d)使用LPG和FBG实现的可切换双模全光纤激光器[4](e)基于六模式MSPL的横向模式可切换光纤激光器[5]2018年11月，中佛罗里达大学的NingWang等人展示了一种基于6对1模式选择性光子灯笼的横向模式可切换掺铒光纤激光器[5]，其结构模型如图1.2(e)所示。MSPL用作腔内的模式转换器，通过将WDM的输出切换到MSPL的六个输入端口中的某一个，激光器的输出模式可以在六个最低阶LP模式（LP01模、LP11a模、LP11b模、LP21a模、LP21b模和LP02模）之间切换，LP01激光模式具有大于90mW的最高输出功率。但是光子灯笼本身存在很大的模式串扰，再加上少模掺铒光纤中的残余模式耦合，越是高阶模式，激光纯度越低，高阶模式甚至会出现失真现象。并且基于MSPL结构实现的光纤激光器只能实现单个高阶模式的激光输出，无法实现多个模式的同时激射。参考文献[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].OpticsLetters,2018,43(4):755-758.[15]WanH,WangJ,ZhangZ,etal.Highefficiencymode-locked,cylindricalvectorbeamfiberlaserbasedonamodeselectivecoupler[J].OpticsExpress,2017,25(10):11444-11451.[16]HongdanWan,JieWang,ZuxingZhang,etal.PassivelyMode-LockedYtterbium-DopedFiberLaserWithCylindricalVectorBeamGenerationBasedonModeSelectiveCoupler[J].JournalofLightwaveTechnology,2018,36(16):3403-3407.[17]M.PadgettandR.Bowman.Tweezerswithatwist[J].NaturePhoton,2011,5(6):343.[18]D.G.Grier.Revolutioninopticalmanipulation[J].Nature,2003,424(6950):810-816.[19]L.Yan,etal.Q-plateenabledspectrallydiverseorbital-angularmomentumconversionforstimulatedemissiondepletionmicroscopy[J].Optica,2015,2(10):900-903.[20]J.Leach,etal.Quantumcorrelationsinopticalangle–orbitalangularmomentumvariables[J].Science,2010,329(5992):662-665.[21]N.Bozinovic,etal.Terabit-scaleorbitalangularmom