近期，中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所高功率光纖激光技術(shù)實驗室研究團(tuán)隊研究了光纖扭轉(zhuǎn)對環(huán)形光纖激光器的影響，并對兩種莫比烏斯環(huán)光纖激光器的偏振和縱模特性進(jìn)行了詳細(xì)研究，相關(guān)研究成果以“Polarization and longitudinal modes of Mobius fiber ring lasers”為題發(fā)表于Optica，并被選為封面。

莫比烏斯環(huán)，因其獨特的拓?fù)涮匦�，在光學(xué)研究中受到廣泛關(guān)注。將莫比烏斯環(huán)結(jié)構(gòu)引入光學(xué)腔，會觀察到有別于尋常光學(xué)腔的相位和偏振特性。文獻(xiàn)中有莫比烏斯環(huán)光學(xué)微腔的報道，但微腔結(jié)構(gòu)制備需要高精度的工藝，而利用光纖搭建莫比烏斯環(huán)形腔甚至激光器十分便捷。將保偏光纖兩端偏振軸扭轉(zhuǎn)后熔接在一起，就可以形成莫比烏斯環(huán)環(huán)形腔。其中，180°和90°扭轉(zhuǎn)即為兩種類莫比烏斯環(huán)的情況。在實際光纖熔接時，很難區(qū)分0°和180°熔接，因此180°扭轉(zhuǎn)的情況可能在無意中形成，因而0°和180°扭轉(zhuǎn)下的輸出研究人員建立了基于瓊斯矩陣的理論模型，求解了任意扭轉(zhuǎn)角度的保偏光纖環(huán)形腔的本征偏振態(tài)和縱模。理論分析表明光纖軸的扭轉(zhuǎn)會導(dǎo)致本征偏振態(tài)雜化，同時帶來幾何相關(guān)的相移，并進(jìn)一步引起縱模的頻移。對兩種莫比烏斯環(huán)（180°和90°扭轉(zhuǎn)）的情況進(jìn)行了詳細(xì)分析，其中光纖偏振軸的90°扭轉(zhuǎn)會帶來獨特的偏振和縱模特性。實驗上搭建了90°扭轉(zhuǎn)的莫比烏斯環(huán)光纖激光器，對激光輸出進(jìn)行了偏振與縱模拍頻譜測量，驗證了理論預(yù)測。

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該項工作首次開展了莫比烏斯環(huán)光纖激光器研究，為莫比烏斯環(huán)結(jié)構(gòu)的激光器研究提供了便捷的平臺，也為光纖激光器及其應(yīng)用開拓了新的方向。同時也是首次將幾何相位與拓?fù)涞雀拍钜�入光纖激光器研究。

圖1.（a）扭轉(zhuǎn)保偏光纖環(huán)形腔的原理圖。（b）莫比烏斯環(huán)光纖激光器實驗裝置圖。

圖2.莫比烏斯環(huán)光纖激光器的偏振特性。（a）不同泵浦功率下的偏振度。（b）單偏振狀態(tài)下，龐加萊球描繪的典型偏振態(tài)。

圖3.不同泵浦功率下（a）直接輸出，經(jīng)過偏振分束器的（b）快軸和（c）慢軸測得的縱模拍頻譜。

該項研究獲得了國家自然科學(xué)基金的支持。

原文鏈接：https://doi.org/10.1364/OPTICA.474407