基于声致光纤光栅输出1.1~1.5μm波段高功率随机涡旋光束

近年来,携带轨道角动量(OAM)的涡旋光束因具有重要研究价值和应用前景而备受关注。随着涡旋光束在传感、测量以及大容量光通信中的应用,输出带宽以及波长可调谐性成为关注的热点。突破稀土掺杂光纤发射波长限制和宽带模式转换的器件是实现特殊波段/宽带涡旋光输出的基础。为同时满足以上要求,本文采用基于分布式瑞利散射的随机拉曼光纤激光器结构,结合具备宽带模式转换能力的声致光纤光栅(AIFG),通过级联拉曼频移,实现了1133.9、1197.6、1260.5、1331.8、1414.5、1513.7 nm波长处拓扑荷数l=±1的涡旋光束输出,并通过自干涉实验进行验证。在1513.7 nm波长处功率为23.6 W,效率为31.1%。该研究不仅在全光纤中实现了紧凑的波长可调谐高功率涡旋光输出,验证了AIFG的超宽模式转换能力,也为其他波段涡旋光输出提供了参考方案,可进一步拓展涡旋光在多维光通信、光场与物质相互作用等领域的应用。

基于随机光纤激光器的多奇点涡旋光束

部分相干结构光束具有抗湍流闪烁和抑制散斑等特性,在大气传输和成像等领域具有广泛的应用潜力。提出并展示了基于随机光纤激光器产生的部分相干多奇点涡旋光束。对不同拓扑荷数涡旋光束的相干叠加进行仿真研究,发现叠加过程可产生具有多个奇点的复杂相位分布。采用中心波长为1081.3 nm的随机光纤激光器作为照明光源,通过搭建空间干涉环路实现多奇点涡旋光束的产生。奇点数目可通过改变参与干涉的涡旋拓扑荷数来实现灵活调控。该工作有望为多粒子控制、涡旋光通信、光学计算和成像等领域提供重要参考。

基于光纤随机激光的1.7μm波段高功率涡旋光束产生

1.7μm激光处于眼安全波段并位于许多重要气体分子的指纹吸收峰,在生物医疗、气体传感等领域具有重要应用价值。而涡旋光束作为一种新兴的结构光场,其具有环形光强分布和螺旋相位波前,并携带轨道角动量,在光通信、微粒操控等领域应用广泛。因此发展1.7μm高能涡旋激光器具有重要的研究价值和应用前景。但传统稀土离子掺杂光纤或晶体的发射谱,或难以覆盖该波段,或在该波段激光增益较小,且涡旋光产生主要基于空间光结构,导致1.7μm波段涡旋光激光系统复杂、集成度低,难以实现高功率输出。本文利用螺旋长周期光纤光栅作为涡旋模式转换器,在基于受激拉曼散射效应的1.7μm波段光纤随机激光半开放腔中实现了全光纤结构的高功率涡旋激光输出,最大输出功率为2.09 W,中心波长为1690 nm。得益于涡旋光纤随机激光器的全光纤结构,该装置具有良好的时域稳定性,短时时域波动低至2.8%。该研究结果不仅为实现兼具高功率输出和良好时域稳定性的紧凑型1.7μm波段涡旋激光器提供有效方案,还能进一步拓展其在激光医疗、气体检测、光镊和生物成像等领域的应用。