本發(fā)明屬于光通信，具體涉及一種基于少模光纖光柵的高階模光纖激光器。

背景技術(shù)：

1、光學(xué)鑷子在材料科學(xué)與生命科學(xué)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，其是通過激光對(duì)微小粒子進(jìn)行捕獲與排列，其中，實(shí)現(xiàn)粒子的多維度操縱是其中的重要問題。在以激光作為光學(xué)鑷子的產(chǎn)生方法中，將光纖作為傳輸介質(zhì)輸出激光是其中的有效方法之一，該方法一般通過多個(gè)單模光纖、單模多芯光纖、光子晶體光纖等輸出激光，具有操作靈活、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、成本較低等優(yōu)點(diǎn)。然而，由上述光纖輸出的高斯光束、拉蓋爾-高斯光束、貝塞爾光束等僅能實(shí)現(xiàn)粒子的一維與二維操縱，而高階模光束能夠?qū)αＷ舆M(jìn)行三維操縱，因此，實(shí)現(xiàn)輸出高階模光束的光纖激光器是關(guān)鍵。

2、目前輸出高階模光束的光纖激光器，從輸出模式機(jī)理上可分為兩類，一類是輸出單一模式的光纖激光器，通過不同類型光纖的偏芯熔接、模式選擇耦合器等實(shí)現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換，從而輸出單一高階模式光束；另一類是以切換的方式輸出不同模式的光纖激光器，通過切換模式選擇性光子燈籠的接口、空間光調(diào)制器的相位圖等實(shí)現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換，從而切換輸出不同模式光束。低階模光束可以實(shí)現(xiàn)粒子的一維與二維操縱，高階模光束能夠?qū)崿F(xiàn)粒子的三維操縱，因此，要實(shí)現(xiàn)粒子的多維度操縱，同時(shí)輸出不同模式光束的光纖激光器是關(guān)鍵。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、基于現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，本發(fā)明提供了一種基于少模光纖光柵的高階模光纖激光器，本發(fā)明利用少模長(zhǎng)周期光纖光柵實(shí)現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換，通過少模光纖布拉格光柵實(shí)現(xiàn)模式反射與模式分離，在單一諧振腔下實(shí)現(xiàn)lp01、lp11、lp21模式激射的同時(shí)輸出。以光纖為介質(zhì)輸出激光是實(shí)現(xiàn)光學(xué)鑷子的有效方法之一，這種基于少模光纖光柵的高階模光纖激光器能夠同時(shí)輸出低階模光束與高階模光束，實(shí)現(xiàn)粒子的多維度操縱，在材料科學(xué)與生命科學(xué)領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。

2、本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種基于少模光纖光柵的高階模光纖激光器，由泵浦源1、波分復(fù)用器2、單模摻鉺光纖3、第一少模長(zhǎng)周期光纖光柵4、第二少模長(zhǎng)周期光纖光柵5、少模光纖耦合器6、少模光纖環(huán)形器7、少模光纖布拉格光柵8、少模光纖環(huán)形器9及單模光纖耦合器10組成；

4、所述波分復(fù)用器2包括a端口及b端口；

5、所述少模光纖耦合器6包括a端口、b端口、c端口及d端口；

6、所述少模光纖環(huán)形器7包括a端口、b端口及c端口；

7、所述少模光纖布拉格光柵8包括a端口及b端口；

8、所述少模光纖環(huán)形器9包括a端口、b端口及c端口；

9、所述單模光纖耦合器10包括a端口、b端口、c端口及d端口；

10、其中，泵浦源1輸出的泵浦光經(jīng)波分復(fù)用器2的a端口依次輸入至單模摻鉺光纖3、第一少模長(zhǎng)周期光纖光柵4及第二少模長(zhǎng)周期光纖光柵5，第一少模長(zhǎng)周期光纖光柵4將光束的lp01模式轉(zhuǎn)換為lp11模式，第二少模長(zhǎng)周期光纖光柵5將光束的lp11模式轉(zhuǎn)為lp11模式與lp21模式，后經(jīng)由少模光纖耦合器6的a端口依次進(jìn)入少模光纖耦合器6的c端口、少模光纖環(huán)形器7的a端口及少模光纖環(huán)形器7的b端口，其中，光束的lp21模式經(jīng)由少模光纖布拉格光柵8的a端口輸出，光束的lp11模式由少模光纖環(huán)形器7的b端口進(jìn)入少模光纖環(huán)形器7的c端口，依次進(jìn)入少模光纖環(huán)形器9的b端口、少模光纖環(huán)形器9的c端口及少模光纖耦合器6的d端口，光束的lp11模式的一部分從少模光纖耦合器6的b端口輸出，另一部分進(jìn)入到少模光纖耦合器6的a端口，依次通過第二少模長(zhǎng)周期光纖光柵5、第一少模長(zhǎng)周期光纖光柵4、單模摻鉺光纖3、波分復(fù)用器2的b端口及單模光纖耦合器10的a端口；當(dāng)光束的lp11模式由第一少模長(zhǎng)周期光纖光柵4進(jìn)入單模摻鉺光纖3時(shí)被重新耦合為光束的lp01模式，后光束的一部分lp01模式從單模光纖耦合器10的b端口輸出，另一部分從單模光纖耦合器10的c端口與d端口中傳輸后重新進(jìn)入單模光纖耦合器10的a端口，進(jìn)而在諧振腔中形成振蕩。

11、進(jìn)一步地，所述泵浦源1輸出980nm泵浦光。

12、進(jìn)一步地，所述單模摻鉺光纖3的增益范圍為1530～1570nm。

13、進(jìn)一步地，所述第一少模長(zhǎng)周期光纖光柵4的周期為1100μm；

14、第二所述少模長(zhǎng)周期光纖光柵5的周期為960μm。

15、進(jìn)一步地，所述少模光纖布拉格光柵8的周期為535.4nm。

16、進(jìn)一步地，所述少模光纖耦合器6為兩輸入與兩輸出的2×2結(jié)構(gòu)，分光比為1:1。

17、進(jìn)一步地，所述少模光纖環(huán)形器7與少模光纖環(huán)形器9在光束傳輸路徑方面均表現(xiàn)為單向傳輸，即光束由a端口入，從b端口出；光束由b端口入，從c端口出。

18、進(jìn)一步地，所述單模光纖耦合器10為兩輸入與兩輸出的2×2結(jié)構(gòu)，分光比為1:1。

19、進(jìn)一步地，所述第一少模長(zhǎng)周期光纖光柵4、第二少模長(zhǎng)周期光纖光柵5、少模光纖耦合器6、少模光纖環(huán)形器7、少模光纖布拉格光柵8、少模光纖環(huán)形器9均由少模光纖制作而成，少模光纖纖芯和包層直徑分別為18.5μm、125μm。

20、本發(fā)明的工作原理如下：

21、本發(fā)明采用少模長(zhǎng)周期光纖光柵實(shí)現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換，本發(fā)明的模式轉(zhuǎn)換可以分為兩類，一類為前向傳輸?shù)幕＾D(zhuǎn)換為前向傳輸?shù)母唠A模，另一類為一種前向傳輸?shù)母唠A模轉(zhuǎn)換為兩種前向傳輸?shù)母唠A模，少模長(zhǎng)周期光纖光柵的模式轉(zhuǎn)換方式如圖2所示；本發(fā)明中第一少模長(zhǎng)周期光纖光柵4表現(xiàn)為lp01模式轉(zhuǎn)換為lp11模式，第二少模長(zhǎng)周期光纖光柵5表現(xiàn)為lp11模式轉(zhuǎn)換為lp11模式與lp21模式。少模長(zhǎng)周期光纖光柵的相位匹配條件如公式(1)所示，當(dāng)其相位匹配條件得以滿足時(shí)，會(huì)在其透射譜的諧振波長(zhǎng)處出現(xiàn)下陷的峰。

22、λ＝(n1-n2)λ??(1)

23、式中，λ為少模長(zhǎng)周期光纖光柵的諧振波長(zhǎng)，λ為少模長(zhǎng)周期光纖光柵的周期，n1和n2為少模長(zhǎng)周期光纖光柵中諧振波長(zhǎng)處模式的有效折射率。

24、本發(fā)明采用少模光纖布拉格光柵實(shí)現(xiàn)模式反射與模式分離，針對(duì)本發(fā)明，其模式反射與模式分離表現(xiàn)為，前向傳輸?shù)膬煞N高階模，其中一種模式被反射為反向傳輸?shù)母唠A模，即實(shí)現(xiàn)模式反射，另一種高階模繼續(xù)向前傳輸，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)模式分離，少模光纖布拉格光柵實(shí)現(xiàn)模式反射與模式分離方式如圖3所示。本發(fā)明中少模光纖布拉格光柵8表現(xiàn)為lp11模式反射與lp21模式透射。少模光纖布拉格光柵的相位匹配條件如公式(2)所示，當(dāng)其相位匹配條件得以滿足時(shí)，會(huì)在其反射譜的諧振波長(zhǎng)處出現(xiàn)下陷的峰。

25、λ＝(n1+n2)λ?(2)

26、式中，λ為少模光纖布拉格光柵的諧振波長(zhǎng)，λ為少模光纖布拉格光柵的周期，n1和n2為少模光纖布拉格光柵中諧振波長(zhǎng)處模式的有效折射率。

27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：

28、本發(fā)明的一種基于少模光纖光柵的高階模光纖激光器及其模式轉(zhuǎn)換方法，利用少模長(zhǎng)周期光纖光柵實(shí)現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換，采用少模光纖布拉格光柵實(shí)現(xiàn)模式反射與模式分離，在單一諧振腔下實(shí)現(xiàn)lp01、lp11、lp21模式激射的同時(shí)輸出；以光纖為介質(zhì)輸出激光是實(shí)現(xiàn)光學(xué)鑷子的有效方法之一，這種基于少模光纖光柵的高階模光纖激光器能夠同時(shí)輸出低階模光束與高階模光束，實(shí)現(xiàn)粒子的多維度操縱，在材料科學(xué)與生命科學(xué)領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。