2022年1月22日，物理领域期刊《Annalen der Physik》刊发了本课题组题为“Broadband Petal-Like Raman Laser” 的文章。该文章是由2020级博士研究生缪宇杰和2019级硕士研究生张霖在董俊教授的指导下完成。论文中采用了环形光泵浦的Yb:YAG/YVO4拉曼微片激光器，在一个激光器中实现了模式可控的、具有宽带多纵模特性和高光束质量的高阶瓣状LG_0,n模式拉曼激光输出，为实现模式可控、波长可调、小型化、高效率的高阶瓣状LG_0,n模式激光器提供了可靠的实现方案，在微粒或生物分子操控领域具有极大的应用潜力。

近年来，基于相干态激光模式、涡旋激光等复杂激光模式的研究热潮，空间光场调控已然成为前沿研究热点。具有广泛应用需求的高阶瓣状拉盖尔高斯模式(LG_p,n)激光亦属于空间光场调控这一领域研究热点之一，其在微粒和生物细胞操控、凝聚态物理、建立三维空间光场调控、自由空间光通信、紧聚焦以及激光束自修复等应用上具有极其重要的意义。本文采用环形光泵浦的Yb:YAG/YVO4拉曼微片激光器如图1所示。输出激光模式的角向系数随着入射泵浦功率的提高而递增式增加，在激光阈值处角向系数n=3。当入射泵浦光功率超过某一LG_0,n模式瓣状激光的阈值时，LG_0,n模式瓣状激光的模式阶数n随之增加，并且在相应的泵浦光功率范围内保持稳定的运行如图2所示。入射泵浦功率的提高使得更高阶模式具备起振的可能，从而实现了具有最佳模式匹配的瓣状LG_0,n模式拉曼激光输出。不同阶数瓣状LG_0,n模式激光的激光光谱宽度和纵模个数随入射泵浦功率的提高而增加。3~5阶瓣状LG_0,n模式激光呈现1050 nm基频光光谱；6阶瓣状LG_0,n模式激光为基频光和拉曼光双波长输出；7~11阶瓣状LG_0,n模式激光是完全的拉曼激光运转。在最大入射泵浦功率P_in=8.3 W下，高阶瓣状LG_0,11模式拉曼激光的光谱范围为1075.4~1088.7 nm，光谱宽度为13.3 nm，包含有44个等间距的纵模如图3所示。相比于需要常规方式，需要在激光器中加入空间光调制器、衍射光学元件等附加器件，这种一体化的激光器具有腔内损耗小，调节方式简单，结构稳定性好等优势。

图1：瓣状LG_0,n模式拉曼微片激光器示意图。M1表示后腔镜，M2表示前腔镜，Δz表示环形泵浦光聚焦焦点与M1之间的相对偏移量，L和L_R分别表示Yb:YAG晶体和YVO4晶体的厚度

图2：瓣状LG0,n模式拉曼微片激光器在不同入射泵浦功率下输出的激光光斑图样：(a) P_in=2 W，(b) P_in=2.3 W，(c) P_in=3 W，(d) P_in=5.2 W，(e) P_in=6 W，(f) P_in=6.7 W，(g) P_in=7.3 W，(h) P_in=7.7 W，(i) P_in=8.3 W，(a1)-(i1)为对应的理论模拟激光光斑图样。

图3：瓣状LG_0,n模式Yb:YAG/YVO4拉曼微片激光器在不同入射泵浦功率下的输出激光光谱特性

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/andp.202100476