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上海光机所矢量漩涡光束激光器研究取得突破,

发布时间:2020-01-05 00:19编辑:化学科学浏览(117)

    中国化工仪器网 技术前沿】径向偏振光和角向偏振光是典型的圆柱矢量光束。径向偏振光的中心存在偏振“奇点”,所以光斑的中心光强为零。这种特殊的偏振分布,使径向偏振光可以广泛的应用于激光加工、粒子捕获、粒子加速、光学存储、光学显微和传感器等领域。在激光加工中,径向偏振光可以提高激光加工的效率和质量。针对偏振选择器件和偏振敏感谐振腔,光学与电子信息学院激光加工国家工程研究中心李波老师课题组开展了高功率径向偏振光的产生及高功率径向偏振激光器的开发研究。 李波老师课题组在传统激光谐振腔数值分析的基础之上,基于琼斯矢量理论,提出了用于偏振敏感谐振腔的矢量特征向量法,适用于腔内含有偏振片、波片、衍射光栅等偏振器件的激光谐振腔。该方法可以用于谐振腔内圆柱矢量模式的分析;通过一次计算得到谐振腔内的多个本征模式;避免了传统Fox-Li迭代法的单线程计算效率低的缺点,可以实现多线程的并行运算编程。相关的研究论文“Vectorial eigenvector method for simulating the polarization dependent resonator”发表于OSA期刊Optics Express, 25, pp.5186-5195, 2017。李波老师作为通讯作者,博士研究生胡友友为作者。 课题组还针对轴快流CO2激光器,设计了空间45°的三折叠激光谐振腔结构,如图2所示,采用四个四分之一波片作为谐振腔的折转镜,实现角向偏振和径向偏振的转换。当采用角向偏振选择轴锥镜作为谐振腔的尾镜时,可以在谐振腔内直接输出径向偏振模式。基于轴快流CO2激光器平台,实现了1.5KW径向偏振光的输出。该研究成果由本课题组和与湖北大学赵江老师合作完成,相关的研究论文“1.5kW Radially Polarized Beam Irradiated from FAF CO2 Laser Based on Intracavity Triple-axicon Retroreflector and Quarter Wave Phase Retarders”发表于OSA期刊Applied Optics, 56, pp.3383-3385, 2017。李波老师为作者。 李波老师课题组属于光电信息学院激光加工国家工程研究中心,研究方向包括高功率工业激光器、新型矢量光场调控、偏振光学在光催化领域的应用等,研究获得国家国际合作项目、国家自然科学基金青年项目等支持。 澳门微尼斯人娱乐,编辑点评 现代的气体激光辐射具有均一的偏振,即激光束横截面上的椭圆参量是个常数。正如惯例,决定平面偏振方向的元件置于激光腔内。这可以是布鲁斯特窗或一块或几块折迭反射镜。高功率径向偏振光在高数值孔径条件下的聚焦特性在纳微级制造、操控中得到很多且正变得越来越多的应用。 (原标题:高功率径向偏振光束产生的研究进展)

    中国科学院上海光学精密机械研究所信息光电实验室研究员李建郎课题组在新型固体激光器研究中,同时实现了具有矢量偏振和螺旋相位的激光光束输出。相关论文已发表。

    矢量、涡旋光束是在光束横截面内同时具有非均匀偏振态和螺旋位相结构的新型激光光束。与其他激光光束相比,矢量光束可被高数值透镜聚焦更小的尺寸,并且在焦点处可形成极强的纵向电场或者纵向磁场,因此在粒子捕获、生物光镊、高分辨率显微镜技术、带电粒子加速以及高精度材料加工等领域有非常重要的应用。而涡旋光束则由于具有螺旋位相,该光束中的光子带有轨道角动量,并可将轨道角动量传递给处于光场中的微粒上从而导致其沿圆周轨道运动。通过各种方式分别产生矢量光束和螺旋相位光束一直是激光光学研究领域的热点之一,但利用激光器直接输出同时具有矢量偏振和螺旋相位的激光束尚未见报道。

    李建郎课题组在研究中,首先利用粗芯径、大数值孔径的多模光纤,通过离焦耦合将激光二极管输出的808纳米多横模激光光束转换为空心光束,然后利用该空心光束从端面泵浦一个微片激光器。该激光器仅由一块掺杂钕离子的钇铝石榴石激光晶体和一个平面输出镜组成,在没有采用任何其他腔内元件的情况下,获得了径向偏振和螺旋相位的连续激光输出。在此基础上,通过在激光器腔内插入一块可饱和吸收晶体,实现了径向偏振和螺旋相位的脉冲输出;并且该激光器在高功率运转时,通过轻触激光腔镜,激光器的脉冲输出可转化为切向偏振,同时光束的螺旋相位特性保持不变。

    这种基于空心光束泵浦的微片激光器结构简单,无需任何昂贵元件,同时实现了对输出激光束的偏振态和位相的控制。这也是首次在激光器中直接输出同时具有矢量偏振和螺旋相位的激光光束。基于该项研究的激光器技术可进一步拓展应用于激光核聚变的点火装置。

    该研究得到国家自然科学基金支持。

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