渦旋光束助力新型雙通道OPO

  近年來，光學參量振蕩已經(jīng)被證明是實現(xiàn)波長連續(xù)可調(diào)諧輸出的重要技術(shù)，可以實現(xiàn)波長覆蓋紫外到中紅外乃至遠紅外波段的激光輸出。其中，飛秒激光器泵浦的光學參量源，輸出脈沖具備高峰值功率、寬光譜覆蓋范圍和超短脈沖寬度的特性，被廣泛應用于激光精密測量、生物光子學、大氣監(jiān)測、激光加工、量子光學、光學頻率梳等領(lǐng)域。

  光學渦旋光束因具備獨有的螺旋型波前相位以及環(huán)形光強分布，在量子光學、光學顯微鏡、光通信等領(lǐng)域均得到了廣泛的應用。根據(jù)其是否直接在光源處產(chǎn)生，渦旋光束產(chǎn)生可以分為主動和被動兩種產(chǎn)生方式。相比于被動產(chǎn)生，主動產(chǎn)生渦旋光束的方法具有緊湊、高效、高純度的特點，因此引起了研究人員的廣泛興趣。

  與單通道可調(diào)諧渦旋光束產(chǎn)生器相比，雙通道渦旋光束產(chǎn)生器能夠極大地提升信息傳輸容量，同時在可調(diào)諧太赫茲產(chǎn)生、粒子操控等領(lǐng)域有著潛在的應用前景。此外，可同時輸出高斯光束與渦旋光束的光源在超分辨成像領(lǐng)域有著廣泛的應用價值。因此，設(shè)計成本低、模式可調(diào)控、波長可調(diào)諧的多通道光束產(chǎn)生器在光學領(lǐng)域具有重要的意義。

  最近，天津大學超快激光研究室胡明列教授課題組將雙通道OPOs與主動渦旋光束產(chǎn)生相結(jié)合，提出了一種波長可調(diào)諧、光斑模式可調(diào)控的新型雙通道OPOs。研究成果發(fā)表在Advanced Photonics 2020年第4期上。

(a) 雙通道、雙模式OPOs實驗裝置;(b) 不同通道輸出光譜調(diào)諧;(c) 輸出光斑模式調(diào)控示意圖。

  該課題組的設(shè)計思想是通過激發(fā)不同周期的單一準相位匹配周期極化鈮酸鋰晶體，構(gòu)建單晶體雙通道OPOs，實現(xiàn)不同波長的獨立輸出;在腔內(nèi)引入不同q波片實現(xiàn)不同階數(shù)的渦旋光束輸出。

  得益于雙通道的腔結(jié)構(gòu)，調(diào)節(jié)每個通道的腔長度，可以獲得獨立的雙通道寬光譜調(diào)諧輸出。在這種情況下，輸出的信號光脈沖可分別在1520-1613 nm和1490-1549 nm范圍內(nèi)進行調(diào)諧。由于所使用q波片很薄，具有較小的色散，保證了在改變輸出渦旋階數(shù)過程中，輸出信號光脈沖的光譜、脈沖寬度基本相當。

  該雙通道OPOs設(shè)計簡單、成本較低、光斑模式調(diào)控方便、波長調(diào)諧范圍較寬，為產(chǎn)生雙模式的可調(diào)諧光源提供了一個全新的選擇，推動了光學成像和量子光學等領(lǐng)域的研究進展。