[發明專利]一種窄線寬倍頻渦旋光激光器

在審

• 申請號: 202010041319.4
• 申請日: 2020-01-15
• 公開（公告）號: CN111200233A
• 公開（公告）日: 2020-05-26
• 發明（設計）人: 賈富強;丁凱麗;張順欽;陳玥;楊昊霖;賴林權;付澤楠
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: H01S3/10
• 分類號: H01S3/10;H01S3/106;H01S3/109
• 代理公司: 廈門荔信航知專利代理事務所(特殊普通合伙) 35247
• 代理人: 蘇娟

本發明公開了一種窄線寬倍頻渦旋光激光器，包括沿光傳播方向依次放置的泵浦源、泵浦轉換裝置、耦合透鏡組、激光晶體、控溫裝置、布儒斯特片、全波片、非線性光學晶體、光闌和輸出鏡；所述泵浦源經泵浦轉換裝置和耦合透鏡組耦合后輸出非均勻泵浦光；所述激光晶體的左端面與輸出鏡構成光學諧振腔，所述布儒斯特片插入腔內對基頻渦旋光起偏，結合全波片和非線性光學晶體引入偏振選擇性損耗，迫使激光器單縱模運轉，所述非線性光學晶體用于腔內渦旋光倍頻；所述輸出鏡輕微傾斜。本發明提供的窄線寬倍頻渦旋光激光器具有線寬窄、模式純度高、光束質量好、結構簡單、體積小、利于系統集成等優點。

技術領域

本發明涉及激光技術領域，具體涉及一種窄線寬倍頻渦旋光激光器。

背景技術

拉蓋爾-高斯(Laguerre-Gaussian，LG)光束是一種典型的渦旋光束，在LG光束的振幅表達式中含有一個相位因子項exp(imθ)(m為拓撲電荷)，說明該光束沿傳播方向形成螺旋形的相位波前，因而具有軌道角動量；由于LG光束的中心位置處是一個相位奇點，因而中心的光強為零，使得一般情形下它的光強具有“面包圈”狀的環形分布。這些性質被廣泛應用于光學捕獲和操作(Optical Trapping and Manipulation)、超高分辨率顯微鏡(Super-resolution Microscopy)、大容量光通信(High-capacity OpticalCommunication)、量子信息(Quantum Information)等，但這些應用前景都對渦旋光束的模式純度、單色性、相干性和穩定等方面提出了更高的要求，特別是在實現高分辨率干涉測量和光譜分析(High-precision Interferometry and Spectroscopy)的應用中，LG模式的渦旋光單頻窄線寬激光器至關重要(A.Noack,C.Bogan and B.Willke,Opt.Lett.42,751(2017)、G.Lin et al.,Opt.Lett.43,4164(2018))。常見渦旋激光器存在多縱模競爭問題，嚴重影響了渦旋激光器的穩定性和渦旋光純度，極大地限制了渦旋激光器在高精密測量等前沿領域的應用范圍。

窄線寬渦旋激光器實現了單一縱模的渦旋激光輸出，具有窄線寬、純度高、光束質量好等優點，可以滿足這樣的需求，因此研究窄線寬渦旋光激光器具有十分重要的意義。

隨著渦旋光束應用領域的不斷拓展，如何將其產生的渦旋光的波段拓展至可見光和紫外波段逐漸成為一大研究熱點，它對于拓寬渦旋激光器的前沿應用邊界具有巨大的潛力。將渦旋光激光器輸出的激光波長擴展至短波長的最有效的方法是利用非線性光學晶體的光學頻率轉換。迄今為止，已有一些課題組開展了渦旋光束倍頻的相關研究，但他們的研究主要聚焦在腔外倍頻，非線性轉化效率極低。腔內倍頻能極大的提高非線性轉化效率，傳統上實現腔內倍頻的窄線寬激光輸出的設計都是基于高斯光束泵浦，通過抑制高階橫模產生，保證基橫模(TEM00)在腔內形成穩定的振蕩，輸出的光均為單橫模激光器，這種方式雖然簡單，但卻無法直接在腔內實現渦旋光窄線寬激光輸出。中國專利CN201910696589公開了一種渦旋光單頻激光器，但又由于光纖本身的限制而無法實現腔內渦旋光倍頻。

發明內容

(一)解決的技術問題

本發明提供了一種窄線寬倍頻渦旋光激光器，具有線寬窄、模式純度高、光束質量好、結構簡單、體積小、利于系統集成等優點。

(二)技術方案

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：一種窄線寬倍頻渦旋光激光器，包括沿光傳播方向依次放置的泵浦源、泵浦轉換裝置、耦合透鏡組、激光晶體、控溫裝置、布儒斯特片、全波片、非線性光學晶體、光闌和輸出鏡；

所述泵浦源經泵浦轉換裝置和耦合透鏡組耦合后輸出非均勻泵浦光；所述激光晶體的左端面與輸出鏡構成光學諧振腔，所述布儒斯特片插入腔內對基頻渦旋光起偏，結合全波片和非線性光學晶體引入偏振選擇性損耗，迫使激光器單縱模運轉，所述非線性光學晶體用于腔內渦旋光倍頻；所述輸出鏡輕微傾斜。