2019年6月12日，光学领域期刊《APL Photonics》刊发了本课题组题为“High-order cylindrical vector beams with tunable topological charge up to 14 directly generated from a microchip laser with high beam quality and high efficiency”的文章。该文章是由2015级博士研究生陈迪萌和2018级硕士研究生缪宇杰在董俊教授的指导下完成。本文在环形光束泵浦的Yb:YAG微片激光器中，得到了具有可调谐拓扑电荷的高阶圆柱矢量光束。通过调节入射泵功率，实现了从1到14的拓扑电荷可调谐涡旋。对具有可调谐拓扑电荷的高阶圆柱矢量光束，实现了高光束质量。这项工作为在紧凑固体激光器中产生高阶柱对称矢量涡旋光束提供了一种灵活和稳健的方法，在信息处理和存储、激光材料处理和集成光学等方面具有潜在的应用前景。

    携带轨道角动量的大拓扑荷涡旋光束在光阱、大容量光通信、量子信息处理等方面具有潜在的应用前景。然而一些常见的涡旋光束产生方法，例如使用螺旋相位板或带缺陷点的谐振腔镜会降低所产生的涡旋光束光束质量，同时这些方式相当于引入额外腔内损耗，会降低固体激光器的光光转换效率。在固体激光器中产生高光束质量、高阶柱对称矢量涡旋光束是一项富有挑战性的工作。本文通过受入射泵浦功率影响的反转粒子数密度分布，在环形泵浦的Yb:YAG微片激光器中产生了拓扑荷数高达14的高阶柱对称矢量涡旋光束[Laguerre-Gaussian (LG)模式, LG_0,l]，实现了17.5%的光学效率。拓扑电为14的矢量涡旋激光的输出功率为1.36 W。通过控制1030 nm处的自吸收损耗，观测到了矢量涡旋光束中泵浦功率相关的波长可调双波长的激光振荡。对拓朴荷数为8、9和10的矢量涡旋光束，实现了波长可调的双波长(1030和1050 nm)激光振荡。实验得到的LG_0,l矢量涡旋光束的光束质量因子M²接近理论值(l + 1)。这项工作为在高效率、高光束质量的固态微片激光器中产生具有大拓扑荷数的高阶柱对称矢量涡旋光束提供了一种新的有效方法。

图1 (a) 环形光束端泵浦Yb:YAG微片激光器直接产生拓扑电荷可调的高阶圆柱矢量光束的实验装置。f₁为准直透镜，f₂为聚焦透镜。M1为后腔镜，AR为940 nm, HR为1030-1060 nm。OC为输出耦合器。(b)光纤发射出的环形激光束的光束强度分布图。(c)环形泵浦激光束的偏振态测量。

图2 实验获得了环形光束泵浦Yb:YAG微芯片激光器的横向强度分布，并从理论上模拟了LG_0,l表达式(l = 1,2，…，14)的横向强度分布。对应的泵输入功率分别为P_in = 2.1 W、2.9 W、3.5 W、3.8 W、4.2 W、4.4 W、4.8 W、5.2 W、5.7 W、6.1 W、6.5 W、7w、7.5 W、7.8 W

原文链接：

https://aip.scitation.org/doi/10.1063/1.5119789