[發明專利]一種腔內同時調控激光橫模和縱模的方法與系統

有效

• 申請號: 202110095981.2
• 申請日: 2021-01-25
• 公開（公告）號: CN112909721B
• 公開（公告）日: 2022-01-04
• 發明（設計）人: 付時堯;宋睿;高春清
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H01S3/08
• 分類號: H01S3/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種腔內同時調控激光橫模和縱模分布的方法與系統。本發明中所提及系統由指令輸入模塊，連接模塊，溫度控制模塊，泵浦模塊，諧振腔模塊，激光調控模塊組成。通過指令輸入模塊輸出指令，并由連接模塊將指令傳輸給泵浦源模塊、諧振腔模塊以及激光調控模塊，同時溫度模塊可監測并控制各模塊中器件的工作溫度。通過改變指令輸入模塊中的輸入指令，即可快速實時調諧生成的激光束的橫模和縱模。本發明所采用的系統結構穩定，操作方便，可作為結構激光源應用于相干探測及相干光通訊等相關領域。

技術領域

本發明屬于激光技術領域，涉及一種腔內同時調控激光橫模和縱模的方法與系統。

背景技術

激光因具有良好的時間和空間相干性被廣泛地用于軍事、醫療、通訊等領域。實際激光器輸出的激光大多具有多個縱模和多個橫模，但對于許多應用，人們需要激光器輸出單一縱模(單頻)或者單一橫模(大多數為基橫模)的激光。因此需要對激光器的橫模和縱模進行調控。

對激光的縱模調控可以獲得單頻激光。單頻激光是指具單一縱模的激光，可應用于引力波探測、相干光通信、激光成像雷達、激光測風雷達等系統中。通常諧振腔中不同縱模有著近乎相同的損耗，但由于頻率的差異而具有不同的增益。因此擴大和充分利用相鄰縱模間的增益差，或人為引入損耗差是進行縱模選擇的有效途徑。常見的固體激光器中單頻激光的生成方法主要有短腔法、腔內插入標準具法、扭轉模腔法、注入鎖定法以及環形腔法。

對激光的橫模調控可以獲得具有特殊相位、偏振分布的結構光束，如渦旋光束、矢量光束、矢量渦旋光束等。其中，矢量渦旋光束是一種具有橫截面偏振態各向異性分布的結構光場同時攜帶有軌道角動量，是渦旋光束和矢量光束的普適形式。具有軸對稱偏振態分布的矢量光束是麥克斯韋方程組在柱坐標系下的本征解，常見的矢量渦旋光束有徑向偏振光和角向偏振光等。矢量渦旋光束的橫截面光強分布呈一中空環狀，中心處由于具有偏振奇點而無光強。矢量渦旋光束的這些特性，使得其在很多領域都有諸多應用，例如，不同階次的矢量渦旋光束由于攜帶有不同的偏振拓撲信息量，可用來進行編碼以實現高維數據傳輸；此外，矢量渦旋光束在表面等離子體激發、光學扳手、高分辨率成像等領域也有重要的應用價值。目前矢量渦旋光束的生成方法主要可以分為兩種，即腔內生成法和腔外轉化法。腔內法生成即在激光諧振器中加入某些光學元件，通過模式選擇使得激光器以矢量光束模式振蕩輸出。腔外轉化法分為兩種，其一通過光學元件直接將高斯光束轉換為矢量光束，其二則是通過渦旋光束或厄米高斯光束來相干合成矢量渦旋光束。相比于腔外法，腔內法對于光路的調節精細程度要求較高，但優點在于集成度高。

在許多實際應用中，常常需要對激光橫模和縱模的同時調控，以滿足應用的需求。例如，在測量一個旋轉體的三維速度場時，需包括對直線運動的線性速度和旋轉的角向速度的測量。線性速度的測量可以通過單頻激光的多普勒效應得到，而角向速度的測量則可以通過矢量渦旋光束的旋轉多普勒效應得到。然而，現有的激光腔內調控技術通常只關注對單一縱模或單一橫模的調控，還沒有腔內同時橫縱模調控的報道，這極大的限制了新型結構激光場的實際應用。因此在激光諧振腔內同時調控激光的橫模和縱模，使激光光源直接出射單縱模矢量渦旋光束，是當前該領域有待解決的關鍵問題之一。

發明內容

有鑒于此，本發明公開了一種腔內同時調控激光橫模和縱模分布的方法與系統。其目的在于在激光諧振腔內直接調控振蕩的橫模與縱模，以生成單頻矢量渦旋光束。其目的亦在于，解決激光諧振腔外多次轉化系統的裝置復雜的問題。

本發明的一種腔內同時調控激光橫模和縱模分布的方法，通過改變指令輸入模塊中的輸入指令，即可快速實現生成的矢量渦旋光束的偏振態分布的快速改變(如徑向偏振變為角向偏振，角向偏振變為徑向偏振等)以及縱模選擇(單頻)。

本發明的一種腔內同時調控激光橫模和縱模分布的系統，其具備：

指令輸入模塊，用于將使用者的指令轉化為控制信號；

連接模塊，用于將控制信號作用于相應器件；