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技術(shù)前沿

上海光機(jī)所將莫比烏斯環(huán)結(jié)構(gòu)引入光纖激光器研究

來源:光機(jī)所和光行天下2023-01-09 我要評(píng)論(0 )   

據(jù)悉,光機(jī)所團(tuán)隊(duì)研發(fā)了光纖扭轉(zhuǎn)對(duì)環(huán)形光纖激光器的影響,并對(duì)兩種莫比烏斯環(huán)光纖激光器的偏振和縱模特性進(jìn)行了詳細(xì)研究,相關(guān)研究成果以“Polarization and longitudin...

據(jù)悉,光機(jī)所團(tuán)隊(duì)研發(fā)了光纖扭轉(zhuǎn)對(duì)環(huán)形光纖激光器的影響,并對(duì)兩種莫比烏斯環(huán)光纖激光器的偏振和縱模特性進(jìn)行了詳細(xì)研究,相關(guān)研究成果以“Polarization and longitudinal modes of Mobius fiber ring lasers”為題發(fā)表于Optica,并被選為封面。

近期,中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率光纖激光技術(shù)實(shí)驗(yàn)室研究團(tuán)隊(duì)研究了光纖扭轉(zhuǎn)對(duì)環(huán)形光纖激光器的影響,并對(duì)兩種莫比烏斯環(huán)光纖激光器的偏振和縱模特性進(jìn)行了詳細(xì)研究,相關(guān)研究成果以“Polarization and longitudinal modes of Mobius fiber ring lasers”為題發(fā)表于Optica,并被選為封面。

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莫比烏斯環(huán),因其獨(dú)特的拓?fù)涮匦?,在光學(xué)研究中受到廣泛關(guān)注。將莫比烏斯環(huán)結(jié)構(gòu)引入光學(xué)腔,會(huì)觀察到有別于尋常光學(xué)腔的相位和偏振特性。文獻(xiàn)中有莫比烏斯環(huán)光學(xué)微腔的報(bào)道,但微腔結(jié)構(gòu)制備需要高精度的工藝,而利用光纖搭建莫比烏斯環(huán)形腔甚至激光器十分便捷。將保偏光纖兩端偏振軸扭轉(zhuǎn)后熔接在一起,就可以形成莫比烏斯環(huán)環(huán)形腔。其中,180°和90°扭轉(zhuǎn)即為兩種類莫比烏斯環(huán)的情況。在實(shí)際光纖熔接時(shí),很難區(qū)分0°和180°熔接,因此180°扭轉(zhuǎn)的情況可能在無意中形成,因而0°和180°扭轉(zhuǎn)下的輸出研究人員建立了基于瓊斯矩陣的理論模型,求解了任意扭轉(zhuǎn)角度的保偏光纖環(huán)形腔的本征偏振態(tài)和縱模。

理論分析表明光纖軸的扭轉(zhuǎn)會(huì)導(dǎo)致本征偏振態(tài)雜化,同時(shí)帶來幾何相關(guān)的相移,并進(jìn)一步引起縱模的頻移。對(duì)兩種莫比烏斯環(huán)(180°和90°扭轉(zhuǎn))的情況進(jìn)行了詳細(xì)分析,其中光纖偏振軸的90°扭轉(zhuǎn)會(huì)帶來獨(dú)特的偏振和縱模特性。實(shí)驗(yàn)上搭建了90°扭轉(zhuǎn)的莫比烏斯環(huán)光纖激光器,對(duì)激光輸出進(jìn)行了偏振與縱模拍頻譜測(cè)量,驗(yàn)證了理論預(yù)測(cè)。

該項(xiàng)工作首次開展了莫比烏斯環(huán)光纖激光器研究,為莫比烏斯環(huán)結(jié)構(gòu)的激光器研究提供了便捷的平臺(tái),也為光纖激光器及其應(yīng)用開拓了新的方向。同時(shí)也是首次將幾何相位與拓?fù)涞雀拍钜牍饫w激光器研究。

圖1.(a)扭轉(zhuǎn)保偏光纖環(huán)形腔的原理圖。(b)莫比烏斯環(huán)光纖激光器實(shí)驗(yàn)裝置圖。

圖2.莫比烏斯環(huán)光纖激光器的偏振特性。(a)不同泵浦功率下的偏振度。(b)單偏振狀態(tài)下,龐加萊球描繪的典型偏振態(tài)。

圖3.不同泵浦功率下(a)直接輸出,經(jīng)過偏振分束器的(b)快軸和(c)慢軸測(cè)得的縱模拍頻譜。

該項(xiàng)研究獲得了國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。

原文鏈接:https://doi.org/10.1364/OPTICA.474407


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