2023年11月27日，课题组在Wiley旗下期刊《Annalen der Physik 》上发表了题为“Broadband Hybridly Polarized Vector Vortex Raman Microchip Laser”的文章，2020级博士研究生缪宇杰为第一作者，2021级硕士研究生石奇男和2023级博士研究生朱兴雨参与研究，研究工作在董俊教授的指导下完成。
混合矢量偏振态是在光束横截面上包含线偏振、椭圆偏振和圆偏振的一种特殊矢量偏振态，混合矢量涡旋光束就是具有这种特殊矢量偏振态的涡旋光束。混合矢量涡旋光束已在量子信息、多维光通信编码和紧聚焦高分辨成像等领域有实际科研应用，还在超精细原子结构激发、大容量光通信等方面有极大的应用潜力。一般需要通过空间光调制器、光学超表面或波片等振幅相位调制器件产生现具有混合矢量偏振态的涡旋激光，这类方式的成本、光束质量、激光强度受限于所使用的光学器件。目前仍鲜有混合矢量偏振涡旋激光的直接产生方法。针对这一情况，课题组在基于环形光泵浦的Yb:YAG/YVO4拉曼微片激光器中实现了两类混合矢量涡旋激光的输出以及它们的偏振态制。
图1为实验装置和原理示意图。实验中将环形泵浦光聚焦为直径140 mm的焦斑入射在Yb:YAG晶体端面。Yb:YAG在环形泵浦的作用下产生LG模式涡旋基频光；YVO4在LG模式涡旋基频光的作用下产生LG模式涡旋拉曼光。这两个过程均为环形“泵浦”，从而在两块晶体的局部双折射热效应下实现了矢量涡旋光束输出。图2展示了输出激光的球面波干涉图和强度曲线拟合，验证了光束为涡旋你光束，还展示了典型涡旋光束的光束质量因子。图3展示了典型的混合矢量涡旋激光通过线偏振片的实验验证，以及对应的理论矢量偏振分布图。使用LR = 1 mm的YVO4，可以实现径向混合偏振（表征为径向偏振和反径向偏振的叠加态）矢量涡旋激光输出；使用LR = 2 mm的YVO4，可以实现角向混合偏振（表征为角向偏振和反角向偏振的叠加态）矢量涡旋激光输出；使用LR = 1.5 mm的YVO4，以2.8 W入射泵浦功率为界，在低入射泵浦功率下可以得到径向混合偏振矢量涡旋激光，在高入射泵浦功率下则得到角向混合偏振矢量涡旋激光。输出的矢量涡旋拉曼激光均具有宽带光谱特征，最大光谱宽度都在10 nm量级。
图1：宽带混合矢量涡旋激光Yb:YAG/YVO4拉曼微片激光器实验装置图。f1和f2分别为准直聚焦透镜；M1和M2分别为后腔镜和输出耦合镜；LR为YVO4晶体的厚度。
图2：混合矢量涡旋激光的激光横模模式验证。(a)和(d)为实验获得的光斑以及球面波干涉图样，(b)和(e)为对应的理论模拟图样。(c)为光束沿x轴和y轴的强度曲线与理论强度曲线的对比。(f)为混合矢量涡旋激光的光束质量因子。
图3：混合矢量涡旋激光的偏振态示意图。(a)-(d)分别展示了光束的原始横模图样和通过不同角度的线偏振片时的光束横模图样。(a) LR = 1 mm，Pin = 3.3 W；(b) LR = 1.5 mm，Pin = 2.4 W；(a) LR = 1.5 mm，Pin = 4.3 W；(a) LR = 2 mm，Pin = 3.6 W。(a)和(b)对应混合径向偏振，偏振态理论分布如(e)所示；(c)和(d)对应混合角向偏振，偏振态理论分布如(f)所示。
原文链接：
Broadband Hybridly Polarized Vector Vortex Raman Microchip Laser - Miao - Annalen der Physik - Wiley Online Library
