[发明专利]一种高纯度拉盖尔高斯光束产生系统及其产生方法

说明书

一种高纯度拉盖尔高斯光束产生系统及其产生方法，包括依次布置的泵浦激光器、成像组件、双色镜、输出透镜、激光晶体和偏振分束器；还包括谐振腔和调整组件，一对谐振腔对应布置在偏振分束器的两侧，并且与偏振分束器的连线相互垂直；每组谐振腔包括反射透镜以及在其内部放置的多个金属线，金属线设置在反射透镜与偏振分束器之间；调整组件包括压电陶瓷、相位延迟器和偏振片，相位延迟器和偏振片设置在从反射透镜反射输出的光束光路上。本高纯度拉盖尔高斯光束产生系统及其产生方法，操作简单，实现高纯度的拉盖尔高斯光束的产生，解决拉盖尔高斯光束产生时易受波长限制、螺旋相位板仅适用于单一波长拉盖尔高斯光束的产生、产生功率较低的问题。

技术领域

本发明涉及激光领域，具体涉及一种高纯度拉盖尔高斯光束产生系统及其产生方法。

背景技术

拉盖尔高斯光束因具有偏振形式、特殊振幅或者相位光场而在物理和实际应用中有巨大的应用价值，因此受到人们的广泛关注，比如在实际应用中，拉盖尔高斯光束具有轨道角动量和环形强度分布的特点可用于量子信息编码、自由空间光通讯和超分辨等领域；尤其是在引力波探测上的应用因其受到反射镜热噪声影响更小，因此会显著提升引力波探测精度。

目前产生拉盖尔高斯光束的方式分为两类：一类是腔外模式，一类是腔内模式。腔外模式转换法的原理主要是利用特殊的相位器件对传统的高斯光束进行相位波前的调制，以此来获得拉盖尔高斯光束，通过腔外产生拉盖尔高斯光束再结合OPO和光学参量放大器，可以实现中红外拉盖尔高斯光束的输出，这种方式操作简单，但是易受到光学器件的影响，对光学器件的制造工艺要求较高，因此拉盖尔高斯光束的转换效率和纯度不高；

腔内模式产生原理是利用增益介质实现涡旋光的空间匹配，它可以直接产生拉盖尔高斯光束。腔内产生拉盖尔高斯光束的方式主要有：一、将相位原件直接插入谐振腔，在激光振荡的同时，实现激光的相位调制产生拉盖尔高斯光束，该方法在谐振腔直接插入相位原件，引起拉盖尔高斯光束的损耗较大，同时也受限于插入的光学器件，拉盖尔高斯光束产生转换效率和纯度不高；二、采用非平面旋转光路技术，即通过改激光谐振腔的光路，引起相位改变产生拉盖尔高斯光束，该方法实验精度要求较高，不易实现。

发明内容

本发明目的在于提供一种高纯度拉盖尔高斯光束产生系统及其产生方法，操作简单，实现高纯度的拉盖尔高斯光束的产生，避免拉盖尔高斯光束产生时易受波长限制、螺旋相位板而造成仅适用于单一波长拉盖尔高斯光束的产生、产生功率较低的问题。

为实现上述目的，本一种高纯度拉盖尔高斯光束产生系统，包括依次布置的泵浦激光器、成像组件、双色镜、输出透镜、激光晶体和偏振分束器；

还包括谐振腔和调整组件；

所述谐振腔为一对，一对谐振腔对应布置在偏振分束器的两侧，并且与偏振分束器的连线相互垂直；

每组谐振腔包括反射透镜和沿光路方向移动设置的多个金属线，多个金属线之间角度可调整、位于反射透镜与偏振分束器之间；

所述调整组件包括用于调整光束频率的压电陶瓷、用于调整相位的相位延迟器和用于使正交偏振的两路光在45°方向都具有激光光束的偏振片，所述压电陶瓷设置在其中一个反射透镜上用于调整光束频率，所述相位延迟器和偏振片设置在从反射透镜反射输出的光束光路上。

进一步的，所述双色镜与泵浦光入射方向相对呈45°倾斜放置，并且一面镀有对泵浦光高透的膜，一面镀有对激光高反的膜。

进一步的，还包括光纤耦合单元，光纤耦合单元设置在泵浦激光器的输出处，用于将泵浦源产生的泵浦光耦合输出，所述泵浦激光器为产生波长780-800nm泵浦光的半导体激光器或者光纤激光器或者固体激光器。

进一步的，所述泵浦激光器是中心波长为λ₀＝790nm，尾纤芯径为100um，数值孔径NA＝0.22的半导体激光器。