45度倾斜光纤光栅辐射模式机理及光束质量优化研究

As an ideal all fiber polarizer, 45° tilted fiber grating (45° TFG) has many advantages, such as high reliability, low insertion loss, low cost and easy integration, which can be potentially applied in all fiber communication, imaging, sensing, and laser systems. So far, 45° TFGs have been successfully applied in all fiber laser system. On the other hand, by using the radiation mode of 45° TFG, 45° TFG is also an ideal all fiber diffraction grating and all fiber polarization beam splitter. However, the non-symmetrically exponential decrease profile of 45° TFGs has limited the performance of their applications in all fiber spectrometer, Fourier Domain Optical Coherence Tomography (FD-OCT) and all fiber laser systems. In these applications, it is important that the 45° TFGs have a Gaussian profile radiation mode. In this project, we will achieve that the 45° TFGs have a Gaussian profile radiation mode by theoretically analyzing the radiation mode of 45° TFGs, designing fiber grating structure and improving the fiber grating inscription technique. We will also build up an all fiber high power mode locking laser system by using 45° TFG radiation mode as output port, and evaluate the performance of 45° TFG radiation mode before and after optimizing by analyzing the output laser beam quality.

作为一种理想的全光纤起偏器，45度倾斜光纤光栅拥有高可靠性，低插损，低成本以及便于集成等特点，可以广泛的应用在光通信，传感，成像以及激光器系统，目前已经成功的应用在光纤激光器系统中。从另一个角度看，利用45度倾斜光纤光栅辐射模，45度倾斜光纤光栅可以作为一种理想的全光纤的衍射光栅和全光纤偏振分束器。对于未优化的45度倾斜光纤光栅，其辐射模式的光场强度为非对称指数衰减分布。这一缺点降低了45度倾斜光纤光栅作为全光纤衍射光栅在光谱分析、频域相干断层扫描技术、以及全光纤激光器中的性能。在这些应用中，具有高斯分布的45度倾斜光纤光栅辐射模式至关重要。在本项目中，我们将通过理论分析设计光栅结构，并且改进光栅制备工艺实现高斯分布辐射光束45度倾斜光纤光栅，搭建基于45度倾斜光纤光栅辐射模作为输出的全光纤高功率锁模激光器，通过对输出激光光束质量的分析，评价优化前后45度倾斜光纤光栅辐射模性能。

光纤光栅是一种理想的全光纤光学器件，广泛的应用与光纤通信，光纤激光器和光纤传感领域。目前基于光纤光栅的器件包括有，光纤布拉格光栅的滤波器、光纤长周期光栅衰减器、倾斜光纤光栅的起偏器等。. 本项目提出一种基于倾斜光纤光栅辐射模分光器件，项目建立理论-工艺-应用的三位一体的研究。建立了倾斜光纤光栅辐射特性，衍射特性，以及辐射模整形理论模型。完善了倾斜光纤光栅的制备工艺，和辐射模测试平台。项目从理论和实验系统的研究倾斜光纤光栅偏振辐射模特点，实验结果发现倾斜光纤光栅辐射模沿光纤轴向是指数衰减分布，光纤角向高斯分布。同时研究还发现45度倾斜光纤光栅具有很好的偏振相关的辐射损耗，并且实验也观测到s偏振辐射模比p偏振辐射模强度高26dB。同时提出基于光纤切趾技术辐射模整形工艺，实现高斯型辐射模输出。. 项目研究发现倾斜光纤光栅辐射模具有波长相关的衍射特性，可以实现全光纤偏振光谱分析，实验和理论研究证明了随着倾斜角度减小角色散增加，但是当倾斜角度为45度，可实现偏振相关衍射分光。周期为748nm，倾斜角度为45度倾斜光纤光栅，其在工作中心波长1550nm，在带宽100nm范围内具有线性分光能力，角色散为0.054deg/nm。 基于倾斜光纤光栅辐射分光和衍射特性，项目开展了基于倾斜光纤光栅辐射模全光纤锁模激光器，基于倾斜光纤光栅的辐射模衍射特性的编码成像，偏振光谱分析等应用。该项目研究成果为今后在偏振光谱分析、光纤激光器、光纤成像领域奠定了理论和实验基础。