基于环形芯光纤的矢量光束生成方法研究

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矢量光束由于独特的聚焦、偏振特性在粒子捕获、金属切割等领域应用中比传统的偏振光更具有优势,因此高质量的矢量光束生成方法研究是有必要的,其生成方法主要分为有源和无源两类。近年来,基于光波导的无源生成方法得到广泛关注,该方法主要基于以下两个原理,一是利用两个LP11模式干涉叠加原理产生矢量光束;二是利用增大模式之间有效折射率差使简并模式可区分的原理实现模式选择。通过模式选择产生TM01模存在两个难点:一是与同阶模式TE01和HE21可区分,二是与基模HE11模可区分。  本文在光波导模式理论及金属层偏振选择特性的基础上,进行了以下工作:  (一)研究了一种壁中波导型光纤产生矢量光束的方法。  该方法利用增大模式之间有效折射率差使简并模式可区分的原理,首先,利用COMSOL仿真软件分析研究不同模式与光纤折射率、纤芯厚度、光纤半径的关系,同时分析 TM01模式与其他传导模之间的有效折射率差与光纤折射率、纤芯厚度、光纤半径的关系。其次,优化光纤结构及参数,得到一种既满足光纤内传导模式截止到 TM01模,又满足 TM01与其他传导模可有效分离的光纤结构参数。最后,论证使用这种光纤可进行模式选择产生矢量光束,且矢量光束在对称圆波导内偏振保持。  (二)研究了一种内壁波导型光纤产生矢量光束的方法。  该方法利用了金属覆层波导同一阶次的TE模和TM模的有效折射率差较大的传输特性以及金属层偏振选择特性,首先,在内壁波导光纤的空气孔与纤芯之间镀一层金属银膜,仿真分析其传导模式分布,其传导模的电矢量方向均为径向的,金属覆层的内壁波导光纤可进行偏振选择。之后,设计搭建矢量光束实验产生装置,生成光束经检偏器检测是矢量光束。最终实现矢量光束产生。
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