谐振腔横向模场调控直接产生涡旋激光理论和实验研究

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涡旋光束因其在波前传播方向上是以螺旋形式传播,所以中心光强为零,又被称为暗中空光束。涡旋光在传输过程中既有线性动量也携带轨道角动量使涡旋光束为空间光通信提供了新方法和新途径。现阶段如何以最简单的方法高效获得高功率的涡旋激光以及准确测量涡旋轨道角动量依旧是涡旋研究的难点和热点。本文在全固态激光产生技术的基础上,提出一种在两个正交方向旋转激光增益介质,这种对激光晶体的离轴抽运,将导致腔内横向模场的调控,从而产生涡旋激光输出。对腔内横向模场的调控,理论基础是激光谐振腔的模式匹配原理,通过在一个方向上对谐振腔内增益介质的旋转来抑制高斯基模的振荡,产生厄米-高斯模式;再进一步在另一个正交方向上旋转增益介质,从而导致两个方向上厄米-高斯模式的叠加,最终形成拉盖尔-高斯模式。输出的涡旋光手性可以通过输出耦合镜的调整或插入一个低损耗的玻璃薄片来控制。相比较于现有的基于固体激光技术产生涡旋激光的诸多方法,本文中提出的涡旋光产生方法最大的特点是简单、易实现、阈值低、输出功率高且效率高。在Fizeau干涉仪的基础上,本文进一步提出一种改进的方案,以实现对输出涡旋光的验证,该方案仅由一个聚焦透镜和一个镀膜的平凹镜片构成。相比较于传统的M-Z干涉仪验证方案,无需搭建相对复杂的M-Z干涉仪光路。总之,本文中提出的整套涡旋光产生与验证装置为简单高效地获得高功率涡旋激光以及涡旋手性的确定提供了新的方法和途径。
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