高功率全光纤柱矢量激光产生及其特性研究

Cylindrical Vector beams (CVBs) have drawn considerable attention recently due to their unique axially symmetry in both field-amplitude and polarization . This polarization symmetry leads to interesting properties under high numerical aperture (N.A.) focusing conditions that find applications in many areas such as high density storage,optical tweezers, surface plasmon excitation,precision machining and electron-accelerating.However, high power is the based point for most applications of CVBs. Based on our previous researches,in this project,we'll focus on high power all-fiber cylindrical vector beam generation, which is to generate a high power,low threshold,and high polarization purity single wavelength cylindrical vector beam.Our project also include the development of the technologies on all-fiber polarization mode selection as well as the radial/azimuthal polarization control and their corresponding mechanism. Explore the generation mechanism of the high topological charge cylindrical vector beam.

全光纤柱矢量光束由于其独特的矢量偏振特性而受到了极大的关注，这类光束在高密度存储、光镊、表面等离子体激发、精密加工以及电子加速等领域均有独特应用。近年来针对这类光束的理论和实际应用研究正在不断地开展。高功率柱矢量激光光源是许多相关应用的前提条件。 本项目在前期工作的基础上，开展高功率全光纤轴对称偏振激光器及其产生机理研究，从提高模式耦合效率及光纤材料及结构特性设计入手，获取高功率、低阈值、高偏振纯度的单波长轴对称偏振激光光束，并对该激光器的特性进行深入系统研究。开展全光纤偏振模式选择技术和径向/方位角偏振调控技术及其相关物理机理研究；探索高拓扑荷数全光纤柱矢量光束产生机理研究。

柱矢量偏振光束（径向偏振光束和角向偏振光束）因其固有的偏振特性在光场调控、表面等离子体激发、粒子加速、高密度存储、精密加工乃至高功率光纤激光产生等领域都有非常重要应用。本项目结合光纤激光特性，开展高功率全光纤激光器柱矢量偏振光束产生机理、仿真、其特性研究，与少摸光纤光栅、新型二维材料、等结合，开展高功率柱矢量光束连续激光、锁模激光及调Q激光等研究，取得了一系列重要的研究成果，为柱矢量光纤激光在光场调控、高功率光纤激光产生提供有效的途径。.1、.提出了基于少模光纤光栅的高纯度光纤柱矢量光束产生方法，少模光纤（2.41<V<3.8）可传输二阶模,少模光纤光栅对不同的光纤模式的反射特性不同，因此，利用少模光纤光栅可以很好地将光纤柱矢量模与其他模式分开，获得高纯度的柱矢量光纤激光输出。实验上已验证这种方法，并实现了角向偏振光和径向偏振光束切换输出，测得两种模式的纯度分别为95.1%和94.2%。.2、.设计提出了基于SP偏振模式损耗机制的两种不同结构的金属芯光纤，其中圆形金属芯光纤能够在6 cm内获得40 dB的模式损耗差，可滤除其他模式获得纯净的TE01模；而齿轮状金属光纤能够在1 cm内获得40 dB的模式损耗差别获得纯净的TM01模。.3、.提出了方波柱矢量光纤激光锁模方法，结合少模光纤光栅的模式选择特性和非线性光纤环形镜的锁模机制，在窄光谱下获得了方形锁模脉冲的径向偏振光束输出，其模式纯度大于96%。.4、.与新型二维材料（石墨烯、拓扑绝缘体、过度金属硫化物等）结合，实现高纯度锁模柱矢量光纤激光输出。.5、.与新型二维材料（石墨烯、拓扑绝缘体、过度金属硫化物等）结合，实现高纯度调Q柱矢量光纤激光输出，并研究了锁模与调Q状态下，材料工作特性的差异。.6、.提出利用柱矢量激光承载高功率光纤，实现高纯度超高功率光纤激光的产生与放大。.本项目的工作为光场调控、高功率光纤激光产生提供有效的理论与技术途径，对推进及拓展柱矢量光纤激光的应用意义重大。.培养博士后3名，博士5名，硕士3名，本科学生5名，共17篇，授权发明专利2项。