双涡旋被动调Q微片激光器性能研究

论文摘要

涡旋阵列激光是一种包含多个独立相位奇点的特殊激光,在提高光通信容量、同时操控多粒子运动、测量小角度的旋转角等众多领域中都有着广阔的应用前景。双涡旋激光作为一种最简单的涡旋阵列激光,拥有两个相位奇点,而且其光场结构简单,易于通过多种方式获得。在实际应用中,可以将双涡旋激光的涡旋间距和朝向作为额外的自由度使用,在提升光信息存储容量、提高粒子操控效率等方面有着巨大的应用潜力。然而,目前双涡旋激光主要是通过模式叠加或者是利用空间光调制器产生的,输出激光的涡旋间距和朝向大都固定,极大地限制了双涡旋激光的应用。因此,在激光器中直接输出涡旋间距和朝向可调控的双涡旋激光就显得尤为重要。而伴有高光学转换效率和高峰值功率的双涡旋脉冲激光更是在光学通信、量子信息处理以及高效、高精度微粒操控等领域都凸显出巨大优势。本论文利用环形聚焦透镜来整形泵浦光形成紧聚焦的空心光并以此作为泵浦源,采用Nd:YAG/Cr4+:YAG复合晶体作为工作物质,通过调节准直透镜偏移距离形成偏心的空心泵浦光,率先开展在激光二极管泵浦的Nd:YAG/Cr4+:YAG复合晶体被动调Q微片激光器中直接产生双涡旋激光输出的研究。在紧聚焦环形泵浦光垂直入射的情况下,当泵浦功率为6.14 W时获得平均功率超过1 W的矢量涡旋光输出,光-光转换效率达到了 16.3%,比Nd:YAG连续涡旋激光器的光-光转换效率高出了近50%。在泵浦功率为4.75 W时,获得的矢量涡旋光同时具有最窄的脉冲宽度3.4 ns,以及最大的峰值功率5.4 kW,是利用双掺晶体Cr,Nd:YAG作为激光晶体时得到的最大峰值功率的31倍。实验中获得的涡旋激光的拓扑荷和手性不随泵浦功率变化而变化。通过在与光轴垂直的平面内精确控制准直透镜沿竖直方向和水平方向的偏移距离形成偏心的环形泵浦光,并在利用偏心环形泵浦光泵浦的Nd:YAG/Cr4+:YAG复合晶体被动调Q微片激光器中首次实现了涡旋间距和朝向可调控的双涡旋脉冲激光输出。研究结果表明,利用偏心环形光束泵浦被动调Q微片激光器获得双涡旋激光的方法,不仅可以精确控制双涡旋的间距和朝向,而且还使得输出的双涡旋激光始终保有良好的激光特性。双涡旋激光器的光-光转换效率高达15%,而且输出脉冲的峰值功率始终维持在5 kW左右。本论文的研究成果为在被动调Q微片激光器中直接产生具有高峰值功率和高光-光转换效率的涡旋间距及朝向可控的双涡旋激光输出提供了实验基础和理论依据,为涡旋阵列激光在光学操控微粒子、大容量光学通信、量子信息处理等应用领域提供了新型光源。

论文目录

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 潘越

导师: 董俊

关键词: 双涡旋激光,微片激光器,复合晶体,被动调

来源: 厦门大学

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,无线电电子学

单位: 厦门大学

分类号: TN248

总页数: 73

文件大小: 5760K

下载量: 33

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