[发明专利]一种腔内倍频绿光光学涡旋产生装置

说明书

本发明公开了一种腔内倍频绿光光学涡旋产生装置，包括放置于环形腔内的空间光路部分，所述的空间光路部分包括倍频装置，所述倍频装置的两侧依次对称设有涡旋波片和光纤准直器，所述倍频装置包括倍频晶体，倍频晶体的输入端设有第二聚焦镜，输出端依次设有二向色镜和第一聚焦镜，通过倍频装置将近红外泵浦光二倍频为绿光光学涡旋。本发明首次提出采用两片正交放置的倍频晶体实现光学涡旋的腔内倍频，一方面，利用谐振腔内泵浦光的高功率密度，降低倍频的阈值，提高倍频效率；另一方面，将正交放置的非线性晶体放置在激光器内，分别实现水平和垂直偏振分量的倍频，以解决非线性晶体光参量转换的线偏振依赖性问题。

技术领域

本发明涉及一种光学涡旋产生装置，尤其涉及一种腔内倍频绿光光学涡旋产生装置。

背景技术

光学涡旋主要包括偏振涡旋光束和相位涡旋光束。其中偏振涡旋光束的偏振态具有圆柱旋转对称性，因此又被称为圆柱矢量光束。圆柱矢量光束中心存在偏振奇点，因此表现为中心光强为零的环状光强分布。典型的圆柱矢量光束以径向偏振光束和角向偏振光束为代表。紧聚焦后的径向偏振光束可以产生较强的纵向分量，因此，被广泛应用于超分辨率光学显微镜、高分辨率计量学、激光微纳加工、光镊、光针等。而相位涡旋光束，通常又称涡旋光束，其波前具有螺旋相位因子，其中l是拓扑荷数，由于光束的中心存在相位奇点，因此涡旋光束也表现为中心光强为零的环状光强分布。同时，涡旋光束的单个光子携带的轨道角动量(OAM)，且不同拓扑荷数的涡旋光束相互正交。因此，涡旋光束广泛的应用于手性结构加工、OAM复用光通信和量子纠缠等领域。由于水体对于532nm绿光的吸收率较低，而对近红外波段的吸收率较高，故在水下激光传输、水下偏振成像和水下激光加工等领域对于532nm绿光光学涡旋有着强烈的需求。

在传统激光技术领域，倍频技术可以将1064nm近红外高斯光束倍频为532nm绿光高斯光束，但是目前基于倍频技术产生绿光光学涡旋的研究较少，且主要集中在线偏振相位涡旋光束。目前，光学涡旋倍频技术还存在泵浦阈值高、效率低以及线偏振依赖性等问题。

发明内容

发明目的：本发明目的是提出一种腔内倍频绿光光学涡旋产生装置，将倍频晶体插入该光学涡旋光纤激光器的空间光路中，实现光学涡旋的腔内倍频，获得532nm绿光光学涡旋。

技术方案：本发明包括放置于环形腔内的空间光路部分，所述的空间光路部分包括倍频装置，所述倍频装置的两侧依次对称设有涡旋波片和光纤准直器，所述倍频装置包括倍频晶体，倍频晶体的输入端设有第二聚焦镜，输出端依次设有二向色镜和第一聚焦镜，通过倍频装置将近红外泵浦光二倍频为绿光光学涡旋。

所述的倍频晶体包括第一倍频晶体和第二倍频晶体，第一倍频晶体和第二倍频晶体正交放置，分别实现第二光纤准直器输出光束的水平和垂直偏振分量的光学涡旋倍频。

所述倍频晶体的厚度不超过聚焦后的泵浦光的瑞利长度。

所述倍频晶体的相位匹配条件为e-e+e匹配。

所述的第一倍频晶体和第二倍频晶体放置在温控炉内，实现晶体工作温度的调控，从而获得最大的转换效率。

所述第一聚焦镜通过调节光斑大小及束腰位置使其输出光束与第二涡旋波片的输出光束模式匹配，匹配后的光束入射至第一涡旋波片，由光学涡旋转化为低阶模，并通过第一光纤准直器重新耦合回光纤，形成谐振。

所述第一光纤准直器输出端依次连接有色散补偿器件和光纤跳线，光纤跳线与波分复用器连接形成环形腔，色散补偿器件补偿整个腔内色散，从而压缩输出脉冲。

所述光纤跳线包括第一光纤跳线和第二光纤跳线，第一光纤跳线和第二光纤跳线之间集成有可饱和吸收体，用于产生脉冲光。

所述第二聚焦镜用于将泵浦光聚焦在倍频晶体中心，以获得较大的泵浦功率密度，产生较强非线性效应，实现高效率倍频。