直接从薄圆盘激光振荡器产生强大的光学涡流
发布时间：2024-02-02 12:00:10 阅读数： 722
A、产生涡束的薄盘涡振荡器。b，用于检测螺旋相位特性的Mach-Zender干涉仪。致谢:陈红山、王青、刘欣、刘和岩、郭新华、杨婷婷、闫立松、张金伟
近年来，光涡旋由于其年强度分布和轨道角动量等特性在激光先进制造中引起了广泛的关注。与基本横模高斯光束作为激光烧蚀和加工光源相比，涡旋光束可以产生更光滑的烧蚀表面，并且涡旋光束携带的轨道角动量可以传递到加工材料中，从而制造出具有可调手性的螺旋微纳结构。
高功率涡旋光束在提高激光制造效率和揭示极端条件下光-物质相互作用规律方面发挥着重要作用。如何探索一种稳定可靠的产生大功率涡旋光的方法成为相关领域的研究热点。
由于相位器件工作波长范围的限制、功率损伤阈值低以及器件本身的缺陷，目前采用外腔模式转换方法难以产生高光束质量的大功率涡旋光。在腔内直接产生涡旋光束具有传输稳定性好、光束质量高的优点。
目前，腔内法产生的涡旋光主要基于全固态激光器和光纤激光器。由于热效应和较低的损伤阈值，产生的涡旋光束输出功率大多在瓦数量级，最高功率可达~30W。需要开发一种高输出功率的直接腔内产生涡旋光束的新方法。
薄板激光器由于其抽运光斑面积大、散热效率高的特殊结构，在产生高功率激光方面具有很大的优势。将薄盘技术与涡旋光产生相结合，为开发高性能涡旋激光源提供了新的途径。
在《光:先进制造》杂志上发表的一篇论文中，华中科技大学光学与电子信息学院、武汉光电国家实验室张金伟教授及其同事建立了一个基于横模竞争与控制的薄盘振荡器，用于产生高功率光涡旋光束。
通过改变腔内光斑的大小，高阶横模由于低增益阈值首先振荡，并在腔内占主导地位，从而抑制基模的振荡。实验装置可分为两部分:用于产生高输出功率涡流光的薄盘涡振荡器和用于检测螺旋相位特性的Mach-Zender干涉仪。
通过改变谐振腔稳定区的位置，可以调节圆盘上基模激光光斑的大小。在这种情况下，可以控制各阶模式的增益。在实验中，一阶Laguerre - Gaussian (LG)模式被控制为具有最低的振荡阈值，从而控制了腔内的振荡，实现了高功率输出。为了实现对手性的控制，在腔体中加入镀膜熔融硅板，破坏正、负手性旋涡光的传输对称性，通过调整板的角度来控制手性。
不同输出功率下由薄盘涡振荡器直接输出的LG01模式涡的光束分布。致谢:陈红山、王青、刘欣、刘和岩、郭新华、杨婷婷、闫立松、张金伟
通过模拟光斑尺寸对各阶横向模的增益积分，研究了光斑尺寸对模竞争的影响。
仿真结果表明，通过改变基模光斑的大小，一定阶的LG光束比其他阶的横向模具有更高的增益积分，且该模在腔中占主导地位。
实验中获得了最高功率为100 W的一阶涡旋光，光束质量优异，并对其螺旋相位特性进行了表征。高功率涡旋激光器将提高材料加工的效率和灵活性，并为探索与结构光相关的新参数空间铺平道路。
