[发明专利]拉盖尔高斯光束产生装置及方法

说明书

本发明涉及一种拉盖尔高斯光束产生装置及方法，属于激光领域。包括泵浦激光器、准直透镜、聚焦透镜、凹面双色镜、对激光高反的凹面反射镜、平面激光反射镜、偏振片、1/4波片、激光晶体和偏振分束镜；其中激光晶体为单轴晶，激光晶体作为增益介质产生激光，同时将部分圆偏振光的自旋角动量转化成轨道角动量，1/4波片用于将光的偏振态在圆偏振光和线偏振光之间进行转化，而偏振分束器镜用于输出拓扑核数为2的涡旋光；该部分激光通过另一个1/4波片和偏振分束镜，输出形成涡旋激光。另一部分激光继续在激光腔内振荡，提供用于转化为涡旋光的能量。其无其他模式干扰，且具有高功率、高效率，不受波长的限制，可以产生高纯度涡旋激光。

技术领域

本发明涉及一种拉盖尔高斯光束产生装置及方法，属于激光领域。

背景技术

拉盖尔高斯光束产生及其应用是近年来世界范围的研究热点之一，该光束波前为螺旋形且中心存在相位奇点，因此拉盖尔高斯光束的中心光强为0，由于拉盖尔高斯光束携带有轨道角动量，因此也被称为OAM光束(orbital angular momentum,OAM)。拉盖尔高斯光束在诸多领域都有非常重要的作用，在生物领域可实现对微粒的无接触捕获，在测量领域可以直接测量旋转体的角速度，并且在光通信领域可实现新的信息编码方式。

现阶段腔内直接产生拉盖尔高斯光束的方式有腔外法和腔内直接产生法。所谓腔外转化法，方式较为简单，但容易受光学器件影响，因此拉盖尔高斯光束的转换效率，功率也较低，并且纯度较差；

腔内模式产生即利用激光晶体直接在腔内产生拉盖尔高斯光束，方式主要有将相位原件直接插入谐振腔法和非平面旋转光路技术，前者受限于插入的光学器件，而后者只针对单一波长且损伤阈值低。腔内直接振荡产生法还有一些新方法，第一种为环形泵浦法，是将泵浦光的光斑调制成环形，通过泵浦光和振荡激光的模式匹配实现涡旋激光直接振荡输出，而对泵浦光的调制过程必然导致整个激光装置的复杂性，且将泵浦光做成环形太过于麻烦而且模式控制性差，如通过环形泵浦光斑进行模式匹配，激光腔泄露的泵浦光无法回收问题严重。第二种为环形掺杂，将传统的纤芯掺杂改变为环形掺杂层，例如华中科技大学提出的一种基一种环形掺杂层光纤及包含该光纤的激光器，虽然使激光振荡实际上在一个环形波导中进行，但各包层的位置摆放以及折射率控制依旧较为繁琐。第三种对激光腔泄露的泵浦光进行回收，如中国科学院光电研究院提出的环形泵浦激光器，虽然附带泵浦光回收装置，但对泵浦聚焦镜尺寸以及摆放位置要求较高且效率依旧不够高而且易受其他模式干扰。

发明内容

针对现有技术的不足之处，提供一种使用单轴的激光晶体作为增益介质的基于腔内直接振荡法使得自旋角动量向轨道角动量转化的拉盖尔高斯光束产生装置及方法，其结构简单，使用方便，不断使激光在线偏振光和圆偏振光之间转化。

为实现上述技术目的，本发明的一种拉盖尔高斯光束产生装置，包括处于水平轴线上布置的的泵浦激光器a、准直透镜a、聚焦透镜a、凹面双色镜a和凹面反射镜a，其中凹面双色镜a和凹面反射镜a之间设有激光晶体a，凹面双色镜a和凹面反射镜a的凹面均与激光晶体a之间水平呈3°-10°倾斜角度；凹面双色镜a的光线路径上设有谐振腔，谐振腔包括顺序设置的1/4波片b、偏振片和平面反射镜b，凹面反射镜a的管线路径上顺序设有1/4波片a、偏振分束器镜a和平面反射镜a；激光晶体a在泵浦激光器a产生的泵浦激光的激励下经谐振腔振荡产生波长为790nm-808nm的激光，使得圆偏振光和线偏振光进行不停地转换，再使用偏振分束器镜a进行筛选，使之成为能周期性的产生涡旋光，在垂直偏振片的筛选下，射入激光晶体a的激光为左旋的圆偏振激光。

所述聚焦透镜a为两面均镀有对应泵浦光中心波长的高透膜、焦距为7.5cm且透过率大于95％的平凸镜，准直透镜a为两面均镀有对应泵浦光中心波长的高透膜、焦距为15cm且透过率大于95％的平凸镜；凹面双色镜a面对泵浦源的正面镀有对泵浦光高透的膜，反面镀有对激光高反的膜。