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作者：张泽煜西安理工大学

学位级别：硕士

在谐振腔中激发厄米-高斯(HG)光束然后转换为拉盖尔-高斯(LG)光束是用固体激光器产生涡旋光的一种重要方法,这种方法具有结构简单、模式质量高等优点。本论文通过离轴泵浦固体激光器产生高功率的脉冲涡旋光束。建立了离轴泵浦下固体激... 详细信息

在谐振腔中激发厄米-高斯(HG)光束然后转换为拉盖尔-高斯(LG)光束是用固体激光器产生涡旋光的一种重要方法,这种方法具有结构简单、模式质量高等优点。本论文通过离轴泵浦固体激光器产生高功率的脉冲涡旋光束。建立了离轴泵浦下固体激光器的多模振荡速率方程模型,通过数值计算,研究了模式分布与离轴量、泵浦光半径和泵浦功率的关系。结果表明:当泵浦光斑半径较小时可以得到单一模式输出,随着离轴量的增加模式依次交替输出;当泵浦光斑半径较大时,模式不能依次交替出现。多模振荡过程中,泵浦功率在阈值附近时,各模式输出功率呈现出复杂波动,当泵浦功率远高于阈值功率时,各模式输出功率随泵浦功率线性增加,模式比例基本保持不变。该计算分析结果可为高功率离轴泵浦固体激光器的设计提供参考。设计并建立了离轴泵浦连续固体激光器实验系统,研究了输出模式与离轴量的关系。实验表明,随着泵浦功率的增加,需要对各模式的离轴量进行修正。理论分析表明,这是离轴热透镜使得有效的离轴量减小引起的。实验产生了连续HG00～HG70模光束,其中HG10光束、HG20光束、HG30光束的功率分别可达到1.58 W、1.43 W、1.31 W。建立了离轴泵浦声光调Q固体激光器实验系统。产生了脉冲HG光束,并通过模式转换获得了LG10、LG20和LG30模涡旋光。在10 kHz重复频率下,三个模式的平均功率分别达到了 1.31 W、1.23 W 和 1.14 W,脉冲宽度分别为 50.33 ns、51.62 ns 和 54.75 ns。对应的单脉冲能量分别为0.13 mJ、0.12 mJ和0.11 mJ,峰值功率分别为2.6 kW、2.3 kW和 2.0 kW。

关键词：涡旋光固体激光器离轴泵浦模式匹配

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离轴端面泵浦对DPSSL性能影响的实验研究

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激光与红外 2007年第10期37卷 1050-1053页

作者：车进喜成斌李兵斌唐映德过振中国人民解放军63891部队西安电子科技大学技术物理学院

以激光二极管端面泵浦Nd∶YAG激光器为研究对象,通过实验研究了离轴泵浦条件下,离轴量的大小对激光器性能的影响。实验结果表明,当泵浦光离轴量增大时,斜效率增大,但输出光依次出现从低阶模到高阶模的变化,激光器的振荡阈值升高,光束质... 详细信息

以激光二极管端面泵浦Nd∶YAG激光器为研究对象,通过实验研究了离轴泵浦条件下,离轴量的大小对激光器性能的影响。实验结果表明,当泵浦光离轴量增大时,斜效率增大,但输出光依次出现从低阶模到高阶模的变化,激光器的振荡阈值升高,光束质量变差;在同一泵浦位置增大LD电流时,输出光从高阶模向低阶模转化,光斑中心向此时的泵浦中心轴靠拢。

关键词：激光器离轴泵浦端面泵浦激光二极管振荡模式

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高峰值功率声光调Q厄米-高斯模固体激光器

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光学学报 2022年第7期42卷 185-192页

作者：连天虹杨磊朱家华寇科张泽煜焦明星王石语西安理工大学机械与精密仪器工程学院陕西西安710048 西安电子科技大学物理与光电工程学院陕西西安710071

在离轴泵浦激光器中,离轴热透镜效应会引起激光器出现厄米-高斯(HG)模式的跳模现象,即随着泵浦功率升高,激光器先由单一的HG模式转变为混合模式,进而跳模到相邻的低阶HG模式。这是由离轴泵浦时离轴的热透镜使谐振腔光轴发生偏移,从而使... 详细信息

在离轴泵浦激光器中,离轴热透镜效应会引起激光器出现厄米-高斯(HG)模式的跳模现象,即随着泵浦功率升高,激光器先由单一的HG模式转变为混合模式,进而跳模到相邻的低阶HG模式。这是由离轴泵浦时离轴的热透镜使谐振腔光轴发生偏移,从而使有效的离轴量减小引起的。激光器所处的模式阶数越高,发生跳模对应的泵浦功率越低。实际中可以通过对离轴量增加一个修正量,使激光器重新恢复到跳模前的模式,泵浦功率越高,需要的修正量越大。实验产生了HG_(1,0)~HG_(16,0) 16个模式的高峰值功率脉冲光束,在10 kHz重复频率下,HG_(1,0)光束的脉冲宽度为32 ns,峰值功率为4.1 kW;HG_(16,0)光束的脉冲宽度为79 ns,峰值功率为0.7 kW。

关键词：激光器固体激光器厄米-高斯光束离轴泵浦跳模热效应

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2μm轨道角动量及波长复合可调谐涡旋激光器

2μm轨道角动量及波长复合可调谐涡旋激光器

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作者：赵鑫淼长春理工大学

学位级别：硕士

涡旋光束具有独特的横模结构、螺旋状相位分布、光子携带轨道角动量（OAM）等特点,近些年来引起了广泛且深刻的研究,这一方面的研究甚至催生了结构光场这一概念。随着研究的开展,涡旋光束在空间光通信、粒子操控、微纳加工等新型领域的... 详细信息

涡旋光束具有独特的横模结构、螺旋状相位分布、光子携带轨道角动量（OAM）等特点,近些年来引起了广泛且深刻的研究,这一方面的研究甚至催生了结构光场这一概念。随着研究的开展,涡旋光束在空间光通信、粒子操控、微纳加工等新型领域的作用也被逐渐发掘。尤其是涡旋光束携带的轨道角动量可以和波长一样作为光通信复用的一个自由度,而同时实现2个维度的复用可以极大提升光通信携带的信息。同时实现2个维度的复用需要波长以及轨道角动量可调谐的激光光源,因此开展轨道角动量及波长复合可调谐涡旋激光器的研究具有重要意义。本文对于Tm:YLF涡旋激光器的轨道角动量及波长的调谐进行了理论分析与实验研究,最终理论以及实验研究成果如下:在理论研究方面,首先通过求解波动方程得到了厄米-高斯（HG）以及拉盖尔-高斯（LG）这两种模式的电场表达式,由此得出这两种模式的光场分布,以及拉盖尔-高斯光束携带轨道角动量的特性。基于两种模式的转换关系,设计了一种使两种模式可以相互转换的模式转换器。后续通过求解准三能级速率方程组,对激光器的输出进行了仿真模拟,得出了离轴泵浦导致HG模式变换的原因,为基于离轴泵浦与模式转换器的轨道角动量调谐提供了理论依据。基于法布里-珀罗（F-P）标准具的透射率公式对标准具的光谱响应曲线进行了仿真模拟,最终确立了标准具作为波长调谐器件时的参数。在实验研究方面,通过离轴泵浦完成了HG至HG模式的调谐,在最大模式HG时,在Y与X两个方向的光束质量分别为1.61与36.48（理论值分别为1与35）,实现了较小偏离值的优质光束质量输出。对于离轴过程的激光器阈值进行了测量,发现阈值曲线符合理论仿真结果。后续利用模式转换器实现了HG模式至LG模式的转换,最终实现了LG至LG模式的调谐（携带轨道角动量:1η至17η）,光束质量最大偏离出现在LG模式Y方向上,偏离为6.44%,因此可以认为光束质量较好。对于Tm:YLF激光器的波长调谐,通过在谐振腔内插入并且旋转一个厚度为25μm的标准具实现,最终在不进行离轴操作下实现了1921nm至1937nm的波长调谐。基于两个维度的调谐实验,进行了轨道角动量与波长的复合调谐,最终实现了LG至LG模式的调谐（携带轨道角动量:1η至16η）,而对应的波长调谐范围为LG模式:1921nm-1937nm至LG模式:1928nm-1937nm。后续优化了波长调谐方式,波长调谐范围变为LG模式:1898nm-1943nm至LG模式:1898nm-1937nm。

关键词： Tm:YLF激光器轨道角动量调谐波长调谐涡旋激光器离轴泵浦法布里-珀罗标准具

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复杂涡旋结构光场的产生方法

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中国激光 2020年第5期47卷 104-118页

作者：柳强潘婧万震松申艺杰张恒康付星巩马理清华大学精密仪器系北京100084 光子测控技术教育部重点实验室北京100084

涡旋光是一种携带轨道角动量、相位面呈螺旋状分布的新型结构光场,在量子纠缠、量子通信、光学微操控等领域已经获得了广泛应用。随着研究的深入,具有比传统涡旋光更复杂的拓扑结构、相位奇点、轨道角动量和偏振奇点的结构光场的产生,... 详细信息

涡旋光是一种携带轨道角动量、相位面呈螺旋状分布的新型结构光场,在量子纠缠、量子通信、光学微操控等领域已经获得了广泛应用。随着研究的深入,具有比传统涡旋光更复杂的拓扑结构、相位奇点、轨道角动量和偏振奇点的结构光场的产生,吸引了众多研究人员的兴趣。从固体激光腔内直接激发产生空间结构光和腔外调控得到空间结构光出发,分别介绍了离轴泵浦加像散转换、调制元件调制波形、泵浦整形三种腔内方法,以及空间光调制器光场定制、模式叠加、超构表面微结构设计的三种腔外方法,并分析比较了几种方法的优缺点,展望了未来空间涡旋结构光场的发展趋势。

关键词：几何光学空间结构光离轴泵浦像散转换泵浦整形模式叠加超构表面

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