[发明专利]一种输出1064nm可调谐拉盖尔高斯光束的激光器

说明书

本发明公开了一种输出1064nm可调谐拉盖尔高斯光束的激光器，包括沿光传播方向依次放置的808nm激光二极管、光纤耦合器、镀膜腔镜、增益晶体、散热装置、偏振元件、涡旋半波片和针孔，镀膜腔镜包括镀膜前腔镜、镀膜聚焦透镜和镀膜后腔镜，三者形成谐振腔。本发明实现了低阈值、高斜效率、高纯度、角向指数l可调谐的1064nm可调谐拉盖尔高斯激光光束输出。

技术领域

本发明涉及固体连续激光器，尤其涉及一种输出1064nm可调谐拉盖尔高斯光束的激光器。

背景技术

拉盖尔高斯(LG)模式是柱坐标系下傍轴近似波动方程的本征解，不同模式的LG光束由角向指数l和径向指数p来区别，即模式。使p＝0，可以得到模式的光束。此类光束携带光学轨道角动量l，在量子光学、光学操纵、材料加工、光学空间复用通信等领域都有重要应用。光束在各领域运用中具有明显优势，比如能够制备出先进化学方法都较难实现的纳米量级手性结构。因此获得光束质量高的光束成为研究的焦点。

目前，产生LG光束最直接的方式是将角向相位加载到高斯光束上，但该方产生的并非单一模式的光束，而是相同l参数、不同p参数的本征模式的叠加，即超几何-高斯光束，并且随着l增加，高p成分所占比例不断增加。光束模式不纯、质量欠佳直接限制了此类光束在加工，光学操控等方面的应用。

目前，提高LG光束质量的方法分为腔内调制及腔外调制两类。腔外产生高纯度的LG光束的方法主要有两种：一种使用两个柱透镜将厄米高斯模式转化成LG模式，此方法只适用于产生模式的光束，对于其他高阶模式并不适用；另一种方式利用空间光调制器对光进行复振幅调制，可以获得高纯度的LG模式，但能量转化效率极低，仅1％。尽管振幅和相位分开调制可以提高能量转化效率，并产生高纯度LG光束，但装置繁复。由于不同模式所占比重以及腔内损耗不一样，理论上可以利用激光腔的选模作用直接输出单一模式的LG光束。但是，由于腔内产生的两种模式具有相同的损耗、相移等，两者在腔内是简并的。只有破坏两种模式在腔内的简并特性，才能使得只有单一模式谐振。文献中报道的方法包括在腔内使用纳米线或倾斜的标准具选取单一模式，但这些方法伴随一些问题，包括圆环光斑强度分布不均匀或者要求激光器工作在单一纵模。另外，D.Naidoo等在腔内直接利用Q-Plate进行几何相位调控从而输出高纯度的LG光束，但过长的腔长和过多的腔内元件导致谐振腔损耗大，起振所需泵浦功率很高(约600W)，并且能量转化效率很低。腔内加入几何相位调控元件来获得纯度高、质量好的LG光束的方法是可行的，但需要优化腔型、巧妙设计光路从而降低损耗，以实现具有良好激光特性的LG光源。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术中利用腔内方式产生的拉盖尔高斯(LG)光束质量不佳、高阈值、腔结构复杂等问题，提供一种输出1064nm可调谐拉盖尔高斯光束的激光器，实现了低阈值、高斜效率、高纯度、角向指数l可调谐的LG激光输出。

技术方案：本发明所述的输出1064nm可调谐拉盖尔高斯光束的激光器，包括沿光传播方向依次放置的808nm激光二极管、光纤耦合器、镀膜腔镜、增益晶体、散热装置、偏振元件、涡旋半波片和针孔，其中：

808nm激光二极管，用于作为泵浦光源发出808nm激光；

光纤耦合器，用于将808nm激光二极管发出的808nm激光耦合后输出，从而调整泵浦光源的束腰及传播特性以匹配谐振腔的共振模式；

镀膜腔镜，包括镀膜前腔镜、镀膜聚焦透镜和镀膜后腔镜，三者形成谐振腔，镀膜前腔镜镀在增益晶体前端面，镀膜聚焦透镜位于偏振元件和涡旋半波片之间，镀膜后腔镜位于激光器最后；

增益晶体，用于将光纤耦合器耦合后的808nm激光转化为1064nm激光；

散热装置，用于对增益晶体进行散热；

偏振元件，用于调整增益晶体输出的1064nm激光光束在谐振腔内各位置的偏振态，以确保谐振腔满足可逆条件；