一种双模式叠加调控的激光器

本发明属于激光调制，具体涉及双模式叠加激光调制。

背景技术：

1、现阶段，国内外对于涡旋激光都开展了大量的实验研究，也取得了很多成果。总体来说，相对于光纤产生法来说，空间产生法整体系统更加紧凑，拓扑荷数调谐范围更宽、易于实现。而空间产生法在产生多奇点涡旋光束同样存在着一定的问题，被动式技术手段大多只能产生固定拓扑荷数的涡旋光束，很难实现拓扑荷数和多奇点oam（optical angularmomentum光学轨道角动量）的可调谐输出，如spp(surface plasmon polariton表面等离子体子波)只能用于产生特定波段的涡旋光束，且高质量的spp，尤其是用于产生中红外 2μm以上波段涡旋光束的spp，制备非常困难；像散模式变换的实现需要基于特定 hg（hermite-gaussian赫米特-高斯）模式注入为前提的，无法直接对基模光束进行转换；slm 调制和纳米光学超表面可以实现大范围oam的控制，然而都存在损伤阈值低、调谐困难、制造成本高、功率拓展性差等问题。

2、oam光束是指具有光学轨道角动量的光束，其中hg模式描述了光束在垂直方向和水平方向上的振幅分布，lg（laguerre-gaussian 拉盖尔-高斯）模式描述了光束的螺旋性质，具有涡旋状的相位结构。

3、相较于此，空间产生法中主动式技术手段中基于固体激光系统产生多奇点涡旋光束是实现 oam 拓扑荷数调谐的最简单、最有效且可以实现功率拓展的技术手段，虽然目前普遍研究都集中于单奇点涡旋光束调谐的研究，并且对于中红外2μm 及以上波段涡旋光束调谐研究几乎处于空白，但已经可以看出其在多奇点 oam 涡旋光束调谐上的潜力。由此可见，基于固体激光系统采用主动式谐振腔振荡直接产生技术手段，有望突破多奇点 oam 可调谐 2μm涡旋光束输出的技术瓶颈。

4、综上所述，随着大容量通信波分复用和空间复用融合技术、多粒子微纳尺度操控、甚至多体制军用光电对抗技术等前沿领域的发展，使得多奇点 oam 可调谐涡旋光束的需求越发迫切。虽然世界各国的研究学者在理论和实验上对进行了深入研究，但在多形态族多奇点涡旋光束的广义通用叠加演化机理分析还不够透彻，实现中红外2μm 及以上波段多奇点 oam可调谐涡旋光束输出还比较困难。

技术实现思路

1、为了解决实现中红外2μm波段多奇点 oam 可调谐涡旋光束输出比较困难的问题，本发明提供一种双模式叠加调控的激光器。

2、所述激光器包括泵浦光输入模块、45度反射镜、激光晶体、半反半透镜、高阶lg模式光生成模块、高阶hg模式光生成模块和输出镜；

3、所述泵浦光输入模块发射的光入射到45度反射镜后被透射进入激光晶体，从激光晶体射出后射入半反半透镜，半反半透镜将光路分为两路，一路经过反射进入高阶lg模式光生成模块生成高阶lg模式光，另一路经过透射进入高阶hg模式光生成模块生成高阶hg模式光；

4、所述高阶lg模式光从高阶lg模式光生成模块发射后，沿原光路返回至45度反射镜，所述高阶hg模式光从高阶hg模式光生成模块发射后，沿原光路返回至45度反射镜，45度反射镜将高阶lg模式光和高阶hg模式光聚合形成叠加光后经过输出镜输出。

5、所述45度反射镜在接收泵浦光输入模块发射光的对应面镀高透膜，在另一面镀高反膜。

6、进一步，所述高阶lg模式光生成模块包括1号dove棱镜、凸透镜和1号高反镜，所述1号dove棱镜、凸透镜和1号高反镜沿入射光方向顺次排列。

7、进一步，所述高阶hg模式光生成模块包括2号dove棱镜和2号高反镜，所述2号dove棱镜和2号高反镜沿入射光方向顺次排列。

8、进一步，所述泵浦光输入模块包括ld泵浦源、1号耦合镜和2号耦合镜；所述1号耦合镜和2号耦合镜沿所述ld泵浦源发射光方向顺次排列。

9、进一步，所述ld泵浦源、1号耦合镜、2号耦合镜、45度反射镜、激光晶体和半反半透镜共光轴。

10、进一步，所述输出镜与45度反射镜共光轴。

11、进一步，所述半反半透镜、凸透镜和1号高反镜共光轴。

12、本发明所述激光器的有益效果为：

13、（1）空间法产生多奇点涡旋光束时，被动式技术手段大多只能产生固定形式的涡旋光束，很难实现多种oam涡旋光束调谐输出，而主动式技术手段目前普遍研究都集中于单奇点涡旋光束调谐的研究，并且对于中红外2μm及以上波段涡旋光束调谐研究几乎处于空白；

14、本发明所述激光器则填补了中红外2μm波段涡旋光束调谐研究的空白，采用两种涡旋光调制结构叠加在一起的技术手段，最终产生中红外2μm波段多奇点 oam 可调谐涡旋光束，弥补了这一技术空白。

15、（2）本发明所述激光器采用光路叠加及光路复用的原理，例如采用半反半透镜，既可以分光又可以合并光路，尽最大可能实现光路原件的复用，这样既可以节省部件，又可以实现激光器体积的缩减。

16、（3）当不同器件产生的涡旋光叠加时，并不是简单的光路叠加，需要对不同器件产生的光进行共轴化处理才可以实现稳定的涡旋光叠加输出，共轴化处理最常用的技术手段就是调焦，但是对于复杂的光学系统或大尺寸涡旋光的共轴化，调焦需要相对较长的光程，导致系统庞大和失去紧凑性，本发明创新使用dove棱镜进行共轴化处理，dove棱镜原用于进行像旋转操作，且对光程无要求，满足了在小体积激光器空间内进行激光光路调整的要求。

17、本发明所述激光器可以应用在可调谐涡旋光束输出技术领域、多奇点 oam 光束输出技术领域以及其他需要可调谐激光输出技术的领域。

技术特征：

1.一种双模式叠加调控的激光器，其特征在于，所述激光器包括泵浦光输入模块、45度反射镜（5）、激光晶体（7）、半反半透镜（8）、高阶lg模式光生成模块、高阶hg模式光生成模块和输出镜（6）；

2.根据权利要求1所述的双模式叠加调控的激光器，其特征在于，所述45度反射镜（5）在接收泵浦光输入模块发射光的对应面镀高透膜，在另一面镀高反膜。

3.根据权利要求1所述的双模式叠加调控的激光器，其特征在于，所述高阶lg模式光生成模块包括1号dove棱镜（13）、凸透镜（9）和1号高反镜（10），所述1号dove棱镜（13）、凸透镜（9）和1号高反镜（10）沿入射光方向顺次排列。

4.根据权利要求3所述的双模式叠加调控的激光器，其特征在于，所述高阶hg模式光生成模块包括2号dove棱镜（12）和2号高反镜（11），所述2号dove棱镜（12）和2号高反镜（11）沿入射光方向顺次排列。

5.根据权利要求4所述的双模式叠加调控的激光器，其特征在于，所述泵浦光输入模块包括ld泵浦源（1）、1号耦合镜（2）和2号耦合镜（3）；所述1号耦合镜（2）和2号耦合镜（3）沿所述ld泵浦源（1）发射光方向顺次排列。

6.根据权利要求5所述的双模式叠加调控的激光器，其特征在于，所述ld泵浦源（1）、1号耦合镜（2）、2号耦合镜（3）、45度反射镜（5）、激光晶体（7）和半反半透镜（8）共光轴。

7.根据权利要求6所述的双模式叠加调控的激光器，其特征在于，所述输出镜（6）与45度反射镜（5）共光轴。

8.根据权利要求6所述的双模式叠加调控的激光器，其特征在于，所述半反半透镜（8）、凸透镜（9）和1号高反镜（10）共光轴。

技术总结
一种双模式叠加调控的激光器。属于激光调制技术领域，具体涉及双模式叠加激光调制技术领域。其解决了实现中红外2μm波段多奇点OAM可调谐涡旋光束输出比较困难的问题。所述激光器包括泵浦光输入模块、45度反射镜、激光晶体、半反半透镜、高阶LG模式光生成模块、高阶HG模式光生成模块和输出镜。本发明所述激光器可以应用在可调谐涡旋光束输出技术领域、多奇点OAM光束输出技术领域以及其他需要可调谐激光输出技术的领域。

技术研发人员：陈薪羽,刘景良,张晓雷,邱基斯,李小宁,于永吉,金光勇,周文杰,赵灵敏,李超
受保护的技术使用者：长春理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15