电光圆锥透镜色散补偿可调谐调Q涡旋空心激光器

本发明涉及激光，特别是涉及一种电光圆锥透镜色散补偿可调谐调q涡旋空心激光器。

背景技术：

1、随着激光技术深入的研究与应用，人们逐渐认识到了对激光相位调控的突出作用，例如，涡旋相位光束(以下称涡旋光束)，其具有螺旋形结构的波前相位，每个光子都携带轨道角动量，且光束中心存在相位无法确定的相位奇点，使得光强呈环状分布。涡旋光束的这些独特性质在等离子体通道、原子光学、生物技术等众多领域均有重要的应用价值。人们利用螺旋相位板、厄米-高斯光束经模式转换法和计算全息法等多种被动方式产生涡旋空心光束，但被动方式转换效率低、且很难获得高的光束质量和相位纯度。随着对涡旋光束研究和应用的逐渐深入，人们利用谐振腔主动方式产生涡旋空心光束成为了一种新的有效方法，例如，利用变焦空心光泵浦系统实现了具有非均匀正交偏振态和涡旋相位的空心激光器，并且激光涡旋相位的拓扑荷数可调节(专利cn202111663417.2)；在如，利用激光谐振腔实现了包含涡旋相位、非高斯强度和非均匀偏振的三重自由度本征模式的空心激光器(专利cn202111665250.3)；此外，利用激光谐振还可以实现双环涡旋空心激光器(专利cn2023107603899)、多重轨道角动量涡旋空心激光器(专利cn2023107605979)以及平面空心涡旋空心激光器(专利cn2023107645980)等，这些发明专利给出了光学涡旋中的调控轨道角动量和相位拓扑荷的关键技术，拓展和完善了传统谐振腔理论体系，为涡旋光场的产生和调控提供了科学依据。然而，在不同应用领域需要不同的涡旋空心激光波长，这就需要提供多台激光器，本发明通过电光圆锥透镜色散补偿调谐在一台激光器中实现多个涡旋空心激光波长运转，同时还利用电光圆锥透镜调q实现巨脉冲涡旋激光输出，极大地拓展了涡旋空心激光的应用广度。此外，电光调谐精度高、光谱调谐范围宽，推进了涡旋光场激光器的科学研究与工程实践，为涡旋光场的应用创造了新的空间。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电光圆锥透镜色散补偿可调谐调q涡旋空心激光器。本发明是通过以下技术方案来实现的：

2、电光圆锥透镜色散补偿可调谐调q涡旋空心激光器，包括光纤耦合输出的半导体激光阵列，光纤耦合输出的半导体激光阵列的管路上依次设有平凸透镜、负圆锥透镜、正圆锥镜、激光增益介质、正电极、电光正圆锥透镜、负电极和v形圆锥镜；

3、所述光纤耦合输出的半导体激光阵列为激光器的泵浦源；

4、由平凸透镜、圆锥透镜和正圆锥镜组成泵浦光束耦合系统，产生聚焦圆环形光束用于激发涡旋相位激光在谐振腔内运转；

5、所述正圆锥镜的锥面和v形圆锥镜的负锥面构成激光器的谐振腔；通过改变正电极和负电极之间的电压可以使不同激光波长在腔内运转，从而实现激光波长调谐。

6、通过电光正圆锥透镜的色散补偿调谐实现多个涡旋空心激光波长运转，同时还利用电光正圆锥透镜调q实现高能脉冲涡旋空心激光输出；

7、v形圆锥镜的负锥面为激光输出耦合镜，正锥面对空心激光起准直作用。

8、所述的泵浦光束耦合系统中光束经过平凸透镜准直后由负圆锥透镜的锥面形成轴对称平行的发散光束，再经过负圆锥透镜的凸面聚焦，不同方位的平行光束会聚一点，从2π方向上看在负圆锥透镜焦平面上形成一个圆形的聚焦圆环，经过正圆锥镜将聚焦圆环光束耦合到激光增益介质中激光涡旋相位激光运转。

9、所述的正圆锥镜的锥角β＝90°，电光正圆锥透镜的锥角γ、折射率no(λi,ei,)和激光经电光正圆锥透镜的凹面折射后与水平方向的夹角满足方程(4)：

10、

11、方程(4)中的下标i＝1,2,3。

12、其中夹角由方程(5)决定：

13、

14、方程(5)中的ω为泵浦光环的半径，f(λi,ei)为电光正圆锥透镜的凹面的焦距。

15、所述的v形圆锥镜的负锥角ρ＝90°，正圆锥镜的锥面和v形圆锥镜的负锥面对λi波长激光形成环形腔运转，v形圆锥镜的正锥面对输出激光起准直作用。

16、激光波长λi与正电极和负电极之间电压ui满足方程(6)：

17、

18、方程(6)中的d为两电极之间的距离，通过调节电压ui以使不同的激光波长λi形成环形腔运转，从而实现了激光波长调谐。

19、当正电极和负电极之间电压为ui时，激光波长λi形成环形腔运转，当撤销电压ui时，对波长激光λi不能形成环形腔运转，此时通过附加ui或撤销在电光正圆锥透镜上的电压ui可以实现对λi波长调q，附加或撤销在电光正圆锥透镜上的电压的频率就是激光脉冲的频率。

20、所述的平凸透镜和负圆锥透镜对泵浦光波长镀增透膜；正圆锥镜的锥面对泵浦光波长镀增透膜、对激光波长镀高反射膜，底面对泵浦光波长和激光波长镀增透膜；激光增益介质的通光面对泵浦光波长和激光波长镀增透膜；正电极、电光正圆锥透镜和负电极的通光面对激光波长镀增透膜；v形圆锥镜的负锥面对激光波长镀透过率为10-30％的多层介质膜、正锥面对激光波长镀增透膜。

21、本发明极大地拓展了涡旋空心激光的应用广度。此外，电光调谐精度高、光谱调谐范围宽，推进了涡旋光场激光器的科学研究与工程实践，为涡旋光场的应用创造了新的空间。

技术特征：

1.电光圆锥透镜色散补偿可调谐调q涡旋空心激光器，其特征在于，包括光纤耦合输出的半导体激光阵列(1)，光纤耦合输出的半导体激光阵列(1)的管路上依次设有平凸透镜(2)、负圆锥透镜(3)、正圆锥镜(4)、激光增益介质(5)、正电极(6)、电光正圆锥透镜(7)、负电极(8)和v形圆锥镜(9)；

2.根据权利要求1所述的电光圆锥透镜色散补偿可调谐调q涡旋空心激光器，其特征在于，所述的泵浦光束耦合系统中光束经过平凸透镜(2)准直后由负圆锥透镜(3)的锥面形成轴对称平行的发散光束，再经过负圆锥透镜(3)的凸面聚焦，不同方位的平行光束会聚一点，从2π方向上看在负圆锥透镜(3)焦平面上形成一个圆形的聚焦圆环，经过正圆锥镜(4)将聚焦圆环光束耦合到激光增益介质(5)中激光涡旋相位激光运转。

3.根据权利要求1所述的电光圆锥透镜色散补偿可调谐调q涡旋空心激光器，其特征在于，所述的正圆锥镜(4)的锥角β＝90°，电光正圆锥透镜(7)的锥角γ、折射率n°(λi,ei,)和激光经电光正圆锥透镜(7)的凹面折射后与水平方向的夹角满足方程(4)：

4.根据权利要求1所述的电光圆锥透镜色散补偿可调谐调q涡旋空心激光器，其特征在于，所述的v形圆锥镜(9)的负锥角ρ＝90°，正圆锥镜(4)的锥面和v形圆锥镜(9)的负锥面对λi波长激光形成环形腔运转，v形圆锥镜(9)的正锥面对输出激光起准直作用。

5.根据权利要求1所述的电光圆锥透镜色散补偿可调谐调q涡旋空心激光器，其特征在于，激光波长λi与正电极(6)和负电极(8)之间电压ui满足方程(6)：

6.根据权利要求1所述的电光圆锥透镜色散补偿可调谐调q涡旋空心激光器，其特征在于，当正电极(6)和负电极(8)之间电压为ui时，激光波长λi形成环形腔运转，当撤销电压ui时，对波长激光λi不能形成环形腔运转，此时通过附加ui或撤销在电光正圆锥透镜(7)上的电压ui可以实现对λi波长调q，附加或撤销在电光正圆锥透镜(7)上的电压的频率就是激光脉冲的频率。

7.根据权利要求1所述的电光圆锥透镜色散补偿可调谐调q涡旋空心激光器，其特征在于，所述的平凸透镜(2)和负圆锥透镜(3)对泵浦光波长镀增透膜；正圆锥镜(4)的锥面对泵浦光波长镀增透膜、对激光波长镀高反射膜，底面对泵浦光波长和激光波长镀增透膜；激光增益介质(5)的通光面对泵浦光波长和激光波长镀增透膜；正电极(6)、电光正圆锥透镜(7)和负电极(8)的通光面对激光波长镀增透膜；v形圆锥镜(9)的负锥面对激光波长镀透过率为10-30％的多层介质膜、正锥面对激光波长镀增透膜。

技术总结
本发明公开了一种电光圆锥透镜色散补偿可调谐调Q涡旋空心激光器，光纤耦合输出的半导体激光阵列的管路上依次设有平凸透镜、负圆锥透镜、正圆锥镜、激光增益介质、正电极、电光正圆锥透镜、负电极和V形圆锥镜；平凸透镜、圆锥透镜和正圆锥镜产生聚焦圆环形光束用于激发涡旋相位激光在谐振腔内运转；正圆锥镜的锥面和V形圆锥镜的负锥面构成激光器的谐振腔；通过改变正电极和负电极之间的电压可以使不同激光波长在腔内运转，从而实现激光波长调谐；通过电光正圆锥透镜的色散补偿调谐实现多个涡旋空心激光波长运转，同时还利用电光正圆锥透镜调Q实现高能脉冲涡旋空心激光输出；V形圆锥镜的负锥面为激光输出耦合镜。

技术研发人员：吕彦飞,张倩,阮俊英,夏菁
受保护的技术使用者：云南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15