[发明专利]一种旋转对称偏振无衍射零级马丢光束激光光源

说明书

本发明公开了一种旋转对称偏振无衍射零级马丢光束激光光源，包括泵浦源、耦合光学系统、输入镜、标量衍射光学元件、激光增益介质和矢量衍射光学元件，通过以马丢函数分布为目标光场的标量衍射光学元件约束激光谐振腔内电磁场的强度分布，有效抵消了传统激光谐振腔的衍射效应，借助激光谐振腔的模式竞争机制克服了利用光束整形方法无法消除马丢光束的高级衍射分布，获得了无衍射零级马丢本征态激光束分布；利用矢量衍射光学元件约束激光谐振腔内电磁场的偏振态分布，获得了旋转对称偏振激光束分布，从而实现了旋转对称偏振零级无衍射马丢光束本征态空心激光束的输出。

技术领域

本发明涉及激光技术领域中，涉及的一种旋转对称偏振无衍射零级马丢光束激光光源。

背景技术

衍射效应是光波在传输过程中的一个基本特性，正是因为衍射效应的存在，光波在传输过程中光斑逐渐变大，能量逐渐发散。随着激光在长距离传输领域应用中的不断拓展与深化，人们越来越希望消除衍射效应，降低激光束在传输过程中的耗散。因此，自从激光器问世以来，如何克服衍射效应就一直是人们研究的热点。

最初，人们对消除激光束衍射效应的研究仅限于非线性材料中，例如，在非线性晶体中自聚焦效应可以抵消激光束的衍射效应。然而，在自由空间中消除激光束衍射效应的需求也非常迫切，例如，在激光测量、激光雷达和激光武器等领域。理论上，在自由空间中的无衍射光束可在不同坐标系下求解亥姆霍兹方程获得，即在直角坐标系下可解得余弦光束，在圆柱坐标系下可解得贝塞尔光束，在椭圆柱坐标系下可解得马丢光束，在抛物柱坐标系下可解得抛物线光束。事实上，无衍射光束已经有大量的研究，例如，最近比较热门研究的艾里光束，以及比较典型的贝塞尔光束。艾里光束虽然具有自愈特性和自弯曲特性，但该光束不具有轴对称性，因而严重限制了它的应用，例如利用该光束无法实现空间自相位匹配技术、纵波技术以及谐波转换技术(光谱角色散、晶体级联、惆啾辅助匹配及折返点匹配等)；贝塞尔光束虽然是亥姆霍兹方程的特解，但由于垂直于传播方向上光束横截面光强度具有旋转对称性，在利用衍射光学元件通过激光谐振腔选择模式时，腔内光束不可避免的会产生相位突变点和偏振奇异点，无法获得本征模式的激光，只能通过光束整形获得，这样不仅使激光束能量有较大损耗，而且激光束原有的相干性、光强对比度和偏振特性等都遭到了破坏，因此严重限制了该光束在某些领域中的应用。而马丢光束是在椭圆柱坐标系下亥姆霍兹方程的特解，光束强度在垂直于传播方向的横截面上不具有旋转对称性，利用衍射光学元件在激光谐振腔内选择模式时，光束就不会产生相位突变点和偏振奇异点。此外，马丢光束还具有自重建特性，更容易通过有源谐振腔获得高质量本征模式的激光。

目前，可以通过整形的方式获得马丢光束，如图1所示，He-Ne激光器1经第一凸透镜2和第二凸透镜3所构成的望远系统扩束准直后，平行光入射到锥镜4进行振幅调制后获得马丢光是光强分布。通过整形获得的光束缺陷在于：激光束原有的相干性、光强对比度和偏振特性都遭到破坏；马丢光束高级衍射光斑无法消除；所获得的光束不是激光的本征态，传输性能较差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种旋转对称偏振无衍射零级马丢光束激光光源，实现了无衍射零级马丢本征态激光束分布。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种旋转对称偏振无衍射零级马丢光束激光光源，包括从左至右依次设置的泵浦源、耦合光学系统、输入镜、激光增益介质和矢量衍射光学元件，所述输入镜的正下方设置有标量衍射光学元件，所述标量衍射光学元件以马丢函数为目标函数约束激光束的强度分布。所述矢量衍射光学元件约束激光束的偏振态分布，其偏振分布为旋转对称偏振。

本发明的有益效果是：本发明通过以马丢函数分布为目标光场的标量衍射光学元件约束激光谐振腔内电磁场的强度分布，有效抵消了传统激光谐振腔的衍射效应，借助激光谐振腔的模式竞争机制克服了利用光束整形方法无法消除马丢光束的高级衍射分布，获得了无衍射零级马丢本征态激光束分布；利用矢量衍射光学元件约束激光谐振腔的内电磁场的偏振态分布，获得了旋转对称偏振激光束分布，从而实现了旋转对称偏振零级无衍射马丢光束本征态空心激光束的输出。