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表面发射光纤激光器:完美的环状光束

2013-05-20 09:58
安娜PARKER
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  ——无论在基础科学研究还是实际应用中,光纤激光器都有其独特的应用。目前包括连续波、锁模、调Q以及单频设计在内的多种光纤谐振腔型使不同性能的激光器大大增多。这些激光器利用光纤的波导特性提高增益,产生高光束质量、低发散角的轴向光束。光纤的其他特性,如柱对称结构、可靠通用的制作过程等还有待于在新型的的光纤激光器中充分利用。

  2006年,Shapira 等人提出了一种可沿着光纤表面径向发射激光的新型光纤激光器。增益纤芯之外的包层构成了高质量的环形镜,从而可在垂直光纤轴向的平面内产生激光。理论上激光应是柱对称的,但利用轴向偏振光泵浦时由于柱状谐振腔与增益介质的相互作用,激光具有各向异性的波前。

  Stolyarov等人在Nature Photonics上的文章报道了此方面研究的重要进展:利用布拉格光纤获得了各向同性的激光。在中空纤芯内填入的有机染料(若丹明590)掺杂的增益介质为角向各向同性。染料分子的快速重定位使增益介质对泵浦光的偏振不敏感,激光具有严格的柱状波前且沿幅角方向有精确的偏振。此外,研究者在光纤包层中引入轴向液晶微通道阵列对辐射方向进行精确控制。有趣的是,沿光纤长度方向可移动增益介质到任何位置,这使得其具有很多潜在应用。

  利用布拉格光纤产生光的谐振的激光系统与之前的系统大不相同。1978年Yeh和Yariv把布拉格反射理论拓展到柱状结构并预测多层环状包层的光纤制作的可能,同时布拉格光纤也被首次提出。近几年,基于布拉格光纤的高功率激光器的概念被提出,其可以自选模且在大芯径时仍可单模运转。

  Stolyarov等人提出的新型光纤光源中对布拉格光纤的利用与以往不同,其多层环形布拉格腔镜的反射具有双重作用(图17(a)),使Nd:YAG激光器产生的532nm的线偏振泵浦光沿轴向传播同时染料掺杂区域的615nm的信号光沿径向传播。布拉格结构由35层交替相叠的As25S75与聚碳酸酯组合而成,纤芯为染料掺杂的80μm的增益介质。聚碳酸酯的外包层有负有碳棒的聚乙烯电极,通过改变电极上的电压使通过液晶的激光的偏振状态连续变化。

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