近日，我院光电子智能器件与系统高伟清教授课题组，采用少模铒镱共掺光纤与渐变折射率少模光纤为主体，实验实现了一种基于泄露模式输出机制的新型高功率柱矢量光束（Cylindrical Vector Beam, CVB）光纤激光器。相关研究成果以“High power cylindrical vector beam fiber laser by integrating oscillator and amplifier”为题发表在《Optics Express》上。

柱矢量光束（CVB）因其独特的径向或角向偏振特性，在材料微加工、粒子捕获等领域有着潜在的应用。传统高功率CVB激光器一般由分立的种子源与放大器组合实现，系统复杂且难以实现集成化。此外，1.55微米波段CVB激光器受限于光纤器件损伤阈值，输出功率长期停留在毫瓦级别。本研究首次在单个光纤腔内同时实现CVB光束的振荡与放大，攻克了功率提升与系统集成的技术瓶颈。

研究团队提出“泄露模式输出光纤激光器”结构，利用少模光纤布拉格光栅（Few-Mode Fiber Bragg Grating, FM-FBG）作为激光腔的腔镜与模式滤波器，使基模（LP₀₁）在腔内振荡，高阶模（LP₁₁）以漏模形式输出。通过在腔内加入渐变折射率多模光纤（Graded-Index Multimode Fiber, GIMF）与少模光纤（Few-Mode Fiber, FMF）组合构成模式转换器，结合机械压力调控光纤弯曲形变，实现了LP₁₁模激发比例的可控调节，最高达28.24%，输出功率达到2.93W。

图1（a）激光器结构示意图；（b）激光器原理示意图；（c）所用少模有源光纤结构图及支持的模场分布。

图2 （a）模式转换器内部光场数值模拟；（b）模式转换器内不同模式之间的功率转换；（c）和（d）LP₁₁与LP₀₁模式比例的调节；（e）模场转换器与激光器输出的关系。

在该研究的实验过程中还发现，当泵浦光功率超过11.5W时，LP₀₁与LP₁₁模的周期性拍频引发横向孔烧效应，促使能量从基模向高阶模转移，形成光学诱导长周期光栅（Optically Induced Long Period Grating, OLPG），将激光器的单端输出斜率效率提升至16.20%，总输出效率达25.03%。激光器的单端最大输出功率1.83W，总输出功率2.93W。

图3 激光器输出的光斑与输入-输出效率曲线。

合肥工业大学物理学院光学工程系博士生陈凯为论文第一作者，我院高伟清教授与方文坛副教授为论文共同通讯作者。研究工作得到了科技部重点研发计划、国家自然基金、合肥工业大学中央高校基本科研业务费等资助。

文章链接：https://doi.org/10.1364/OE.547851

图、文/方文坛 审核/高伟清