[发明专利]一种三重自由度本征模式的空心激光器

权利要求书

1.一种三重自由度本征模式的空心激光器，其特征在于，所述激光器依次包括中心位于同一光路的泵浦源(1)、平凸透镜(2)、光学耦合轴锥(3)、凸透镜(4)、轴锥增益介质(5)、偏振轴锥(6)和轴锥输出镜(7)；

所述平凸透镜(2)、光学耦合轴锥(3)和凸透镜(4)构成空心变焦耦合光学系统；

所述轴锥增益介质(5)和轴锥输出镜(7)构成激光器的谐振腔，其中，轴锥增益介质(5)为输入镜，轴锥输出镜(7)为输出耦合镜；

所述偏振轴锥(6)为柱矢量偏振态变换器件。

2.根据权利要求1所述的三重自由度本征模式的空心激光器，其特征在于，通过调节所述平凸透镜(2)、光学耦合轴锥(3)和凸透镜(4)的位置控制泵浦光束的半径，不同光束半径的泵浦光束激发相应拓扑电荷数的激光振荡，激光器输出光束的位相分布为本征模式的涡旋位相。

3.根据权利要求2所述的三重自由度本征模式的空心激光器，其特征在于，所述涡旋位相的拓扑电荷数可连续调节。

4.根据权利要求1所述的三重自由度本征模式的空心激光器，其特征在于，当所述轴锥增益介质(5)、偏振轴锥(6)和轴锥输出镜(7)的参数满足4α-2γ＝(n₂-1)·(π-β)时，激光器腔内光强度为不同强度高斯函数分布叠加，激光器输出光束的强度为内侧比外侧梯度大的本征模式非高斯函数分布的激光，其中，α、β和γ分别为所述轴锥增益介质(5)、偏振轴锥(6)和轴锥输出镜(7)的锥角，n₂为所述偏振轴锥(6)的折射率。

5.根据权利要求1所述的三重自由度本征模式的空心激光器，其特征在于，当所述轴锥增益介质(5)和偏振轴锥(6)的参数满足sin[(4α-π-β)/2]＝n₂sinθ_B，且光束经所述偏振轴锥(6)以布儒斯特角θ_B入射时，激光器输出光束的偏振态为圆筒形柱矢量分布，其中，α和β分别为所述轴锥增益介质(5)和偏振轴锥(6)的锥角，n₂为所述偏振轴锥(6)的折射率。

6.根据权利要求1所述的三重自由度本征模式的空心激光器，其特征在于，所述泵浦源(1)为半导体激光阵列。

7.根据权利要求1所述的三重自由度本征模式的空心激光器，其特征在于，所述平凸透镜(2)的焦距为500mm；所述凸透镜(4)的焦距为200mm，表面镀808nm增透膜。

8.根据权利要求1所述的三重自由度本征模式的空心激光器，其特征在于，所述光学耦合轴锥(3)、偏振轴锥(6)和轴锥输出镜(7)均由K9玻璃制成，折射率为1.5。

9.根据权利要求1所述的三重自由度本征模式的空心激光器，其特征在于，所述光学耦合轴锥(3)的锥角ω＝120°，表面镀808nm增透膜。

10.根据权利要求1所述的三重自由度本征模式的空心激光器，其特征在于，所述轴锥增益介质(5)采用Nd:YAG晶体制成，折射率为1.81，钕离子的掺杂浓度为1.0％，锥角α＝60°，底面镀808nm和1064nm增透膜，母线面镀808nm增透膜和1064nm高反射膜。