基于大数值孔径少模光纤的干涉仪大发散角光源技术研究

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干涉系统中使用光纤光源能够有效滤除波前高频噪声,获得高质量球面波。常规光纤光源的发散角往往较低,使得基于光纤光源的干涉仪体积庞大,干涉图背景均匀性差。为了提升干涉仪光纤光源的输出光束发散角,本文提出了一种基于大数值孔径少模光纤的干涉仪大发散角光源技术。研究了光源发散角特性与光纤参数的理论关系,使用更大数值孔径小纤芯直径的光纤可有效提高光源输出发散角,提高干涉图背景均匀度。受限于光纤制造工艺,大数值孔径小芯径光纤多为少模光纤,无法与激光器做到高效率耦合,并会激励出高阶光纤模式,降低光纤光源光束质量。结合光纤低损耗拉锥条件以及光场在拉锥光纤内传输理论,对大数值孔径少模光纤输出尾端进行低损耗拉锥的仿真分析与实验验证。实验结果表明,通过拉锥减小输出端面纤芯直径,提升发散角的同时,可有效滤除光纤中的高阶模,优化光束质量。研究了光纤光源光功率提升理论,使用标准单模光纤作为中介以提升耦合效率。标准单模光纤与大数值孔径少模光纤之间存在模场失配,常规熔接下,激光传输效率仅为79%。使用氢氧焰对大数值孔径光纤进行加热扩芯,将激光传输效率提升至92.2%。研究了光纤光源偏振态控制理论,基于光纤应力双折射原理,光纤弯曲可引起传输激光产生相位延迟。结合线圈圈数计算与等效波片偏振控制理论,使用可旋转线圈偏振控制器盘绕单模光纤,成功实现了异种熔接光纤的偏振控制,最后得到偏振度为0.992的线偏振光输出。最后,在实验室中搭建了一套大发散角光纤光源系统,测得光源发散角为12.6°,光束质量评价因子M~2=1.008。将该光源用于斐索干涉仪,形成的干涉图均匀性(U=0.063)明显优于标准单模光纤光源(U=0.428)。结果表明基于大数值孔径少模光纤的大发散角光源可以明显提高干涉图背景均匀性。
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