光纖激光器以其結(jié)構(gòu)簡單緊湊、體積小、效率高、工作穩(wěn)定可靠、散熱性好、易于集成等眾多優(yōu)點受到普遍關(guān)注。折射率引導(dǎo)型光子晶體光纖(photonic crystal fiber，PCF)，可通過調(diào)整光纖空氣孔徑和空氣孔周期比(d／A)，及內(nèi)外包層中空氣孔的大小和密度，實現(xiàn)大單模模場面積及大內(nèi)包層數(shù)值孔徑設(shè)計，同時纖芯的高濃度稀土摻雜為采用較短長度的光纖構(gòu)建大功率激光器提供了可能。深圳大學(xué)在光子晶體光纖激光器研究領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定進(jìn)展。為直接利用PCF得到偏振激光輸出，出現(xiàn)r保偏光子晶體光纖。這種光纖通過破壞PCF的對稱性，引入艤折射，如缺失空氣孔構(gòu)成橢圓形纖芯pJ，在纖芯附近／JnA大空氣孔怕J，在纖芯兩側(cè)放置一定數(shù)量的玻璃棒引入應(yīng)力區(qū)等，都能在光纖中形成有效的艤折射，使PCF具有保偏效果。對于大纖芯光纖，只有通過應(yīng)力棒才能引入足夠大的雙折射．國外采用不同保偏光子晶體光纖已實現(xiàn)了大功率偏振激光器。國內(nèi)這方面研究起步較晚，天津大學(xué)直接利用保偏光纖實現(xiàn)了保偏光纖激光器、叭，而保偏光子晶體光纖領(lǐng)域多為理論研究。迄今為止，有關(guān)保偏光子晶體光纖沿不同軸向纏繞及不同纏繞半徑下激光器輸出偏振特性的實驗研究尚未見報道．本文采用大功率半導(dǎo)體激光器泵浦1．6m雙包層保偏光子晶體光纖，采用后向泵浦結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了保偏光子晶體光纖激光器。首次實驗研究了保偏光子晶體光纖不同纏繞軸向及纏繞半徑下輸出激光偏振特性。

　　1、實驗裝置

　　增益光纖為CrystalFibre A／S公司提供的保偏雙包層光子品體光纖(DC．200-41．PZ．Yb)，圖l為該光纖橫截面在OLYMPUSBX51光學(xué)顯微鏡系統(tǒng)下的掃描圖。由圖可見，在纖芯周同六邊形空氣孑L的里面兩層引入了6根六邊形應(yīng)力棒，邊長約5Ixm，在纖芯兩側(cè)對稱放置，呈三角形排列．這些應(yīng)力棒破壞了包層的對稱性，大大提高光纖的雙折射，從而實現(xiàn)了光纖的保偏特性。纖芯直徑達(dá)41txm，周圍的4層六邊形小空氣孔保證光纖的單模傳輸，直徑200斗m的內(nèi)包層數(shù)值孔徑達(dá)0．6，對976nm泵浦光的吸收約為10dB／m。

　　圖1保偏光子晶體光纖截面圖

　　保偏光子晶體光纖激光器實驗裝置如圖2所示。泵浦源為德國Limo公司生產(chǎn)的帶尾纖輸出的大功率半導(dǎo)體激光器，最大輸出功率為70W，泵浦光中心波長為976nm。泵浦光經(jīng)透鏡組準(zhǔn)直后，由二色鏡DM(對l020～1 060 rim光高度透射，對974 am光高度反射)反射、聚焦后耦合進(jìn)雙包層PCF。二色鏡DM，(對900～1 200rim光高反)和垂直切割的PCF端面(約4％的菲涅爾反射)作為F—P型光學(xué)諧振腔的兩個腔鏡．激光器采用后向泵浦結(jié)構(gòu)，最后激光經(jīng)由DM，透射輸出．實驗分別用SOLOPE智能儀表型功率計和ADVANTESTQ8384型光譜儀觀測激光器的輸出功率和光譜特性。在激光輸出端放置格蘭·泰勒棱鏡作為檢偏鏡，通過旋轉(zhuǎn)檢偏鏡一周，測量光功率的兩個最大值和兩個最小值，取平均值得到最大值和最小值P曲．由DOP=(Pmax-Pmin)/（Pmax+Pmin）可得輸出激光偏振度。

圖2 實驗裝置圖

　　2、實驗結(jié)果與分析

　　光子晶體光纖端面的處理是實驗的關(guān)鍵，端面好壞將嚴(yán)重影響激光器性能。實驗所用保偏PCF的外包層直徑較大(>5001xm)，且內(nèi)包層有一圈緊密排列的大空氣孔，采用普通光纖切割工具容易破壞空氣孔，損壞光纖端面．實驗采用NYFORS公司的粗光纖切割機(jī)AutoCleaver成功實現(xiàn)了對該光纖的切割，獲得較為理想的光纖端面．為研究保偏光子晶體光纖在沿不同軸向纏繞及不同纏繞直徑下保偏光纖激光器的輸出功率和偏振特性，采用光學(xué)顯微鏡系統(tǒng)觀察光纖端面，并標(biāo)定軸向。如圖1所示，沿應(yīng)力棒方向為x軸，垂直于應(yīng)力棒方向為y軸。

圖3激光器輸出功率特性曲線圖

　　對激光腔進(jìn)行精細(xì)調(diào)節(jié)，使泵浦光盡可能多地耦合人雙包層PCF。圖3為光纖沿x軸、Y軸纏繞，及纏繞直徑分別為20cnl和30 cm時激光器的輸出光功率曲線。由圖可見，隨著泵浦功率增加，在11W左右各激光器均達(dá)到閾值，進(jìn)一步增大泵浦功率，輸出光功率線性增長。光纖沿Y軸纏繞直徑為20 cm時激光器所得到的功率最低，其余3種情況下所得到的輸出功率無太大差別，最終在沿Y軸纏繞直徑為30cm下得到最大5．3 W的光功率輸出。激光器輸出的光譜波長約為1040nm。光纖沿X軸彎曲，由于應(yīng)力棒與纖芯間的折射率差比較大，對光的限制能力比較強(qiáng)，因此兩種不同彎曲直徑下得到的功率基本一致。而沿Y軸纏繞，分布在石英中的空氣孔對光的限制能力相對較差，彎曲直徑越小，就有越多的光進(jìn)入包層而損耗掉，導(dǎo)致沿Y軸纏繞直徑為20cm時得到的激光輸出功率最小。本文對比了隨著泵浦功率增大，不同纏繞軸向和不同纏繞直徑對激光器輸出偏振度的影響．當(dāng)直徑為20cm時，沿Y軸纏繞和沿X軸纏繞輸出激光偏振度有明顯差別，如圖4(a)。而直徑為30cm時，兩種纏繞軸向下的偏振度幾乎一樣，如圖4(b)。

圖4不同纏繞軸向下輸出激光偏振度

　　圖5(a)為光纖沿X軸纏繞，且直徑分別為20cm和30cm時得到的激光偏振度曲線?？梢钥吹剑睆捷^大，其偏振度也較大。當(dāng)光纖沿y軸纏繞時，與前者不同，纏繞直徑為20cm時所得到的輸出激光偏振度比彎曲直徑為30cm時大，如圖5(b)所示。這說明光纖的彎曲半徑及纏繞軸向?qū)敵黾す獾钠穸扔幸欢ㄓ绊?，且纏繞軸不同其影響也不同。

　　在保偏光纖中偏振光沿單一軸向傳輸，實驗中通過旋轉(zhuǎn)格蘭·泰勒棱鏡可以觀察到輸出的激光能量主要集中在X軸方向，即偏振光沿著應(yīng)力棒方向傳輸。光纖彎曲時其內(nèi)側(cè)受到擠壓，外側(cè)受到拉伸，相當(dāng)于在光纖中引入新應(yīng)力，它與應(yīng)力棒共同作用，將影響輸出激光的偏振特性。同時，彎曲時光纖中的模場會向外側(cè)偏移，且受到壓縮，纖芯越大，壓縮就越明顯，特別是在彎曲軸向。因此，光纖沿著X軸彎曲，首先將改變光纖的保偏結(jié)構(gòu)，而且模場在偏振方向會受到壓縮，并向外有一定偏移，光在X軸方向的損耗增大，偏振度變小。相反，光纖沿y軸纏繞對光纖本身引入的偏振結(jié)構(gòu)影響并不明顯，但由于截止軸向上的彎曲導(dǎo)致模場壓縮，阻礙了y軸方向上光的傳輸，偏振度變大。另外，彎曲程度越小，對光纖結(jié)構(gòu)及光在光纖中場的改變也就越小，沿著x軸或者J，軸纏繞對偏振度的影響就越不明顯。

圖5不同纏繞直徑下輸出激光偏振度

　　以上偏振度數(shù)據(jù)是在激光輸出端和格蘭·泰勒棱鏡之問加光闌所測量到的，無光闌狀態(tài)下得到的偏振度都相對較小，但功率較大。這說明輸出的激光并沒有完傘被束縛在纖芯里面，有一部分泄露到包層內(nèi)．包層內(nèi)的這部分光不具單偏振特性，岡此不加光闌就降低了激光的偏振度。實驗中光纖較短，為搭建激光器，實際彎曲部分約為lm，同時，光纖拉制的均勻性及在實驗過程中無法保證光纖始終保持同一軸向彎曲，這些都在一定程度上影響了輸m激光的偏振度。

　　結(jié) 語

　　實驗實現(xiàn)了雙包層保偏光子晶體光纖激光器，首次研究了保偏光子晶體光纖不同纏繞軸向及纏繞半徑下激光器輸出激光的偏振特性。實驗表明，保偏光纖激光器輸出激光的偏振程度受到光纖彎曲半徑和纏繞軸向的影響，纏繞軸向不同，偏振度的變化趨勢也不同。沿Y軸彎曲，在一定曲率下將得到具有更高偏振度的激光輸出。（作者：林偉欣、阮雙琛、閆培光、呂玉祥）