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单偏振光纤激光器的研究进展分析

导读: 光纤激光器因其具有良好的光纤耦合性、波长选择性、高功率等优点,引起了学者们的广泛注意,不同结构及特性的光纤激光器不断研制成功。

  引 言

  光纤激光器因其具有良好的光纤耦合性、波长选择性、高功率等优点,引起了学者们的广泛注意,不同结构及特性的光纤激光器不断研制成功。具有任意偏振状态的光波都可以看成是两个完全正交的偏振模合成的,其在理想的轴对称光纤中传输时偏振态保持不变,但由于光纤制造工艺及应力、温度等因素的影响,使传输光纤产生双折射现象,具有不同传输常数的两个正交偏振模式会产生模式耦合,这种模式耦合的随机性就造成了输出光波偏振状态的不稳定。在光纤陀螺、光纤传感、非线性变频、相干光束组合等许多领域需要输出激光保持稳定的偏振特性,因此研究具有单偏振输出特性及一定消光比的光纤激光器具有十分重要的意义,单偏振光纤激光器已成为目前研究热点之一。

  1 光纤激光器的工作原理

  光纤激光器主要由三部分组成:产生光子的增益介质、为光子提供正反馈并在增益介质中谐振放大的光学谐振腔和激励增益介质实现粒子数反转的泵浦源。图1为光纤激光器的工作原理图。

  如图1所示,纤芯掺稀土离子的光纤作为增益介质,两个反射镜放置在一段掺杂光纤的两端,构成谐振腔。泵浦光经耦合系统从反射镜1进入掺杂光纤,掺杂光纤中的稀土离子吸收泵浦光的能量后发生能级跃迁并实现粒子数反转,受激辐射出光子能量,经过提供正反馈的谐振腔来回激励振荡,当满足光强增益大于其损耗及相位改变量为2π整数倍的辐射光波将率先起振形成激光振荡,从而产生激光,经反射镜2输出。

  2 偏振理论分析

  光波是一种横波,偏振是横波的一个重要特点,即在垂直于光传播方向的平面内,光矢量的振动状态有各种不同的方式,称为光的偏振态。对光纤中光波偏振态的理论分析方法主要有琼斯矩阵法、解析法和邦加球表示法三种,其中琼斯矩阵法较后两种方法更为简单、有效。琼斯矩阵法中,任一偏振光的光电场矢量可以分解为垂直于传播方向的两个正交轴上的分量,构成一个列矩阵E:

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