[发明专利]一种宽带拓扑荷可调谐的拉盖尔高斯光参量振荡器

说明书

本发明公开了一种宽带拓扑荷可调谐的拉盖尔高斯光参量振荡器，包括纳秒脉冲激光器、光束整形装置、镀膜腔镜、周期极化铌酸锂晶体、温控装置、偏振元件和矢量涡旋波片。镀膜腔镜包括镀膜前腔镜和镀膜后腔镜，二者形成谐振腔。本发明使矢量涡旋波片和镀膜前腔镜的相对位置满足凹面镜1：1成像关系，从而形成由实心光束向空心拉盖尔高斯光束平滑过渡的自再现腔模，提高了腔模和泵浦光的耦合效率，降低了腔内损耗，最终实现了高效率、高纯度、波长和拓扑荷可调谐的拉盖尔高斯光束输出。

技术领域

本发明涉及光学参量振荡器，尤其涉及一种输出宽带、拓扑荷可调谐的拉盖尔高斯光束的光学参量振荡器。

背景技术

拉盖尔高斯(LG)模式是柱坐标系中傍轴近似波动方程的一组本征解，不同的拉盖尔高斯模式由角向指数l和径向指数p标记，用表示。当l,p＝0时，拉盖尔高斯光束退化为基模高斯光束；当l≠0时，拉盖尔高斯光束中每个光子都携带轨道角动量，大小为角向指数l又称为拓扑荷数。携带轨道角动量的拉盖尔高斯光束在光学操控、光学精密测量、光通信、超分辨成像、量子信息处理等领域有着广阔应用。高纯度的拉盖尔高斯光束能够有效的提高光学精密测量的信噪比、提高超分辨成像的分辨率、提高和轨道角动量光学芯片的耦合效率等。因此针对上述领域通用，功能集成的高质量的拉盖尔高斯光束光源是非常必要的。

光学参量振荡器依赖准相位匹配机制，通过参量下转换过程将一个频率为ω₁的泵浦光光子转化为频率为ω₂的信号光光子和频率为ω₃的闲频光光子，其中ω₁＝ω₂+ω₃，并且改变相位匹配条件可以调节输出信号光和闲频光的波长，因此广泛应用于宽带光源的产生。将光参量振荡系统与拉盖尔高斯光束的产生相结合，能够得到宽带拉盖尔高斯光束光源。

目前，针对宽带拉盖尔高斯光束的产生技术可以分为两类：一类就是利用普通的光学参量振荡器输出宽带基模高斯光束，然后在谐振腔外利用模式转换器件，将高斯光束转化为拉盖尔高斯光束，这些模式转换器件一般有矢量涡旋波片、叉形光栅、螺旋相位板和空间光调制器等。这类方法产生的拉盖尔高斯光束的模式纯度通常较低，且系统不够集成。第二类方法可以由谐振腔直接输出拉盖尔高斯光束，利用谐振腔的选模作用提高输出光束的模式纯度，比如采用携带轨道角动量的光束作为泵浦光[Controlled switching oforbital angular momentum in an optical parametric oscillator]，由于参量下转换过程中轨道角动量守恒，产生的参量光携带轨道角动量，和谐振腔相互作用可以直接输出拉盖尔高斯模式，但是携带轨道角动量的环形泵浦光束光功率密度较低，导致频率转换效率不高；另外也有采用高斯光束泵浦，通过在谐振腔中加入模式转换器件，实现拉盖尔高斯光束的输出，例如[一种输出1064nm可调谐拉盖尔高斯光束的激光器]，但是这一方案中只实现了单波长的拉盖尔高斯光束输出，且利用小孔选模提高输出模式纯度的同时增加了谐振腔腔内损耗，在效率提升方面有待改进。

发明内容

发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种宽带拓扑荷可调谐的拉盖尔高斯光参量振荡器，效率高，纯度高。

技术方案：本发明所述的宽带拓扑荷可调谐的拉盖尔高斯光参量振荡器包括沿光传播方向依次放置的纳秒脉冲激光器、光束整形装置和镀膜腔镜，所述镀膜腔镜内沿光传播方向依次放置有周期极化铌酸锂晶体、偏振元件和矢量涡旋波片，所述周期极化铌酸锂晶体下设置有温控装置，其中：

纳秒脉冲激光器，用于作为泵浦光源提供指定波长泵浦光束；

光束整形装置，用于对泵浦光束整形缩束，调整其束腰大小和位置，以获得和谐振腔本征腔模束腰大小和位置匹配的泵浦高斯光束；

镀膜腔镜，包括镀膜前腔镜和镀膜后腔镜，二者形成谐振腔；

周期极化铌酸锂晶体，用于和泵浦高斯光束相互作用，提供参量增益，放大参量下转换光场，产生信号光；