北理工團(tuán)隊(duì)在復(fù)雜結(jié)構(gòu)光束內(nèi)腔直接生成方面取得重要進(jìn)展
發(fā)布日期：2022-03-22 供稿：光電學(xué)院
編輯：盛筠 審核：董立泉 閱讀次數(shù)：近日,，光電學(xué)院的張子龍副研究員與其所在趙長(zhǎng)明教授團(tuán)隊(duì)的成員,，聯(lián)合清華大學(xué)柳強(qiáng)教授團(tuán)隊(duì)、美國(guó)亞利桑那州立大學(xué)李向家教授團(tuán)隊(duì),，研究了基于橫模鎖定結(jié)構(gòu)光束的內(nèi)腔非線性頻率變換理論與技術(shù),，采用具有三明治構(gòu)型的微型激光諧振腔實(shí)現(xiàn)了具有復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)的綠光輸出。該研究為微腔直接生成結(jié)構(gòu)光束及實(shí)現(xiàn)其腔內(nèi)非線性頻率變換做了創(chuàng)新性工作,。該項(xiàng)研究成果發(fā)表于中國(guó)激光雜志社旗艦刊物Advanced Photonics,，題為：Second harmonic generation of laser beams in transverse mode locking states. 同時(shí),，研究成果也被SPIE（國(guó)際光學(xué)工程學(xué)會(huì)）及PHYS.org（世界科技研究新聞咨詢網(wǎng)）分別以新聞形式進(jìn)行報(bào)道。
空間結(jié)構(gòu)光束的產(chǎn)生及其非線性頻率變換是激光技術(shù)和光場(chǎng)調(diào)控技術(shù)領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究?jī)?nèi)容,。對(duì)于結(jié)構(gòu)光束的產(chǎn)生,，分為腔外調(diào)控和腔內(nèi)諧振兩種技術(shù)途徑。腔外調(diào)控技術(shù)有多種光學(xué)元件能夠?qū)崿F(xiàn)高斯光束向空間結(jié)構(gòu)光束的轉(zhuǎn)換,。腔內(nèi)諧振產(chǎn)生技術(shù)可直接通過(guò)調(diào)節(jié)泵浦源或諧振腔結(jié)構(gòu)生成高階橫模及其疊加態(tài),，從而構(gòu)成渦旋光束或包含光渦旋陣列的結(jié)構(gòu)光束。近年來(lái),，對(duì)結(jié)構(gòu)光束的相關(guān)研究逐步擴(kuò)展向了非線性頻率變換領(lǐng)域,。目前，空間結(jié)構(gòu)光束的非線性頻率變換還主要以腔外調(diào)控技術(shù)為主,，采用腔內(nèi)頻率變換產(chǎn)生結(jié)構(gòu)光束諧波的研究近兩年開始獲得關(guān)注,。
研究工作創(chuàng)新性的探索了諧振腔內(nèi)橫模鎖定結(jié)構(gòu)光束的二次諧波產(chǎn)生現(xiàn)象，通過(guò)理論仿真與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證為大家介紹了橫模鎖定結(jié)構(gòu)光束的頻率變換效果,，并呈現(xiàn)了眾多前所未見的綠光結(jié)構(gòu)光束,。圖1是倍頻光生成的理論分析及仿真，證明了橫模鎖定光束與未鎖定光束的非線性頻率變換后諧波光強(qiáng)分布具有明顯區(qū)別,，且可以據(jù)此判斷基頻光的模式鎖定狀態(tài),。
圖1. 橫模鎖定與未鎖定狀態(tài)下的二倍頻仿真分析
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了具有三明治構(gòu)型的被動(dòng)調(diào)Q及倍頻微片諧振腔。該設(shè)計(jì)能夠在保證大菲涅爾數(shù)泵浦的條件下提供足夠的非線性頻率變換增益,。通過(guò)控制泵浦光與晶體微片的相對(duì)位置來(lái)選擇諧振腔內(nèi)振蕩的基頻模式,。利用上述微片諧振腔,，可以實(shí)現(xiàn)基于多種拉蓋爾高斯（LG）及厄密高斯（HG）模式鎖定狀態(tài)下的倍頻輸出,。通過(guò)調(diào)整泵浦光在微片上的入射角度和距離，能夠改變腔內(nèi)振蕩的基頻模式和鎖定相位,，從而獲得類型豐富,、結(jié)構(gòu)新穎復(fù)雜的綠光光束，如圖2,、圖3所示,。
圖2. 由LG 模式組成的橫模鎖定基頻光和相應(yīng)的倍頻光實(shí)驗(yàn)結(jié)果
圖3. 由HG 模式組成的橫模鎖定基頻光和相應(yīng)的倍頻光實(shí)驗(yàn)結(jié)果
以上研究工作在激光探測(cè)、激光空間通信,、光學(xué)粒子操控,、及光學(xué)三維打印等領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。接下來(lái)該團(tuán)隊(duì)還將進(jìn)一步就系統(tǒng)效率,、輸出功率,、光譜拓展等方面開展探索，并嘗試開展相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用研究,。
Advanced Photonics期刊聚焦熱點(diǎn),，始終以引導(dǎo)重大科學(xué)成果傳播發(fā)展為導(dǎo)向。自2019年創(chuàng)刊起所有文章已被Science Citation Index Expanded (SCIE)數(shù)據(jù)庫(kù)收錄，預(yù)計(jì)第一個(gè)JCR影響因子將于2022年6月公布,，并將進(jìn)入全球光學(xué)期刊前5行列,。
論文索引信息：
Zilong Zhang*, Yuan Gao, Xiangjia Li, Xin Wang, Suyi Zhao, Qiang Liu, Changming Zhao. Second harmonic generation of laser beams in transverse mode locking states[J]. Advanced Photonics, 2022, 4(2): 026002
論文全文下載地址：
https://www.researching.cn/articles/OJ78b0f90aabdcc51d
SPIE網(wǎng)站新聞鏈接：
https://spie.org/news/direct-generation-of-complex-structured-light?SSO="1
PHYS.org網(wǎng)站新聞鏈接：
https://phys.org/news/2022-03-complex.html
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