Генерация мощных оптических вихрей с помощью лазерного генератора на тонком диске
Экспериментальную установку можно разделить на две части: вихревой генератор с тонким диском, который используется для генерации вихревого света с высокой выходной мощностью, и интерферометр Маха-Цендера, который используется для обнаружения спиральных фазовых характеристик. Изменяя положение устойчивой области резонатора, можно регулировать размер лазерного пятна основной моды на диске. В этом случае усиление каждого режима порядка можно контролировать. В эксперименте режим Лагерра Гаусса (LG) первого порядка контролировался так, чтобы иметь самый низкий порог колебаний, который доминировал над колебаниями в резонаторе и достигал высокой выходной мощности. Чтобы добиться контроля хиральных свойств, в полость была добавлена пластина из плавленого кварца с покрытием, чтобы разрушить симметрию пропускания положительного и отрицательного хирального вихревого света, что позволило контролировать хиральные свойства путем настройки угла пластины.
Вихревой генератор на тонком диске, генерирующий вихревой луч. b — интерферометр Маха-Цендера, который используется для обнаружения винтовых фазовых характеристик.
Авторы и права: Хуншань Чен, Цин Ван, Синь Лю, Хэйань Лю, Синьхуа Го, Тинтин Ян, Лисонг Янь и Цзиньвэй Чжан.
В последние годы оптические вихри привлекли широкое внимание в передовых лазерных технологиях из-за их годового распределения интенсивности и орбитального углового момента.
По сравнению с гауссовым лучом с базовой поперечной модой в качестве источника света для лазерной абляции и изготовления, вихревой луч может создавать более гладкую абляционную поверхность, а орбитальный угловой момент, переносимый вихревым лучом, может передаваться обрабатываемому материалу для изготовления спирали. микро-наноструктура с регулируемыми свойствами руки.
Мощные вихревые пучки играют важную роль в повышении эффективности лазерного производства и раскрытии закона взаимодействия света с веществом в экстремальных условиях. Поиск стабильного и надежного метода генерации вихревого света высокой мощности стал горячей темой исследований в смежных областях.
В настоящее время сложно генерировать мощный вихревой свет с высоким качеством луча с помощью метода преобразования мод внешнего резонатора из-за ограничений рабочего диапазона длин волн фазового устройства, низкого порога повреждения мощности и дефекта устройства. Вихревой луч, генерируемый непосредственно в резонаторе, имеет такие преимущества, как хорошая стабильность передачи и высокое качество луча.
В настоящее время вихревой свет, генерируемый внутрирезонаторным методом, в основном основан на твердотельных лазерах и волоконных лазерах. Из-за теплового эффекта и низкого порога повреждения выходная мощность генерируемого вихревого луча в основном составляет порядка ватт с максимальной мощностью до ~ 30 Вт. Это требует разработки нового метода прямой внутрирезонаторной генерации вихревых пучков с высокой выходной мощностью.
Лазер на тонком диске демонстрирует большие преимущества при генерации лазера высокой мощности благодаря своей особой структуре с большой площадью пятна накачки и высокой эффективностью рассеивания тепла. Сочетание технологии тонких дисков и генерации вихревого света обеспечивает новый метод разработки источника вихревого лазера с высокой производительностью.
В статье, опубликованной в журнале Light: Advanced Manufacturing, группа ученых под руководством профессора Цзиньвэя Чжана из Школы оптической и электронной информации и Уханьской национальной лаборатории оптоэлектроники Хуачжунского университета науки и технологий, Китай, и его коллег построила генератор на тонком диске для генерации мощного оптического вихревого луча на основе конкуренции и управления поперечными модами.
При изменении размера светового пятна в резонаторе поперечная мода высокого порядка колеблется первой из-за низкого порога усиления и становится доминирующей в резонаторе, подавляя колебание основной моды. Экспериментальную установку можно разделить на две части: вихревой генератор с тонким диском, который используется для генерации вихревого света с высокой выходной мощностью, и интерферометр Маха-Цендера, который используется для обнаружения спиральных фазовых характеристик.
Изменяя положение устойчивой области резонатора, можно регулировать размер лазерного пятна основной моды на диске. В этом случае усиление каждого режима порядка можно контролировать.
В эксперименте режим Лагерра Гаусса (LG) первого порядка контролировался так, чтобы иметь самый низкий порог колебаний, который доминировал над колебаниями в резонаторе и достигал высокой выходной мощности. Чтобы добиться контроля хиральных свойств, в полость была добавлена пластина из плавленого кварца с покрытием, чтобы разрушить симметрию пропускания положительного и отрицательного хирального вихревого света, что позволило контролировать хиральные свойства путем настройки угла пластины.
Профили луча вихря моды LG01, подаваемого непосредственно от вихревого генератора с тонким диском, при различных выходных мощностях.
Авторы и права: Хуншань Чен, Цин Ван, Синь Лю, Хэйань Лю, Синьхуа Го, Тинтин Ян, Лисонг Янь и Цзиньвэй Чжан.
Влияние размера пятна на конкуренцию мод исследовалось путем моделирования интеграла усиления поперечной моды каждого порядка при различных размерах пятна на диске.
Результаты моделирования показывают, что пучок ЛГ определенного порядка может иметь более высокий интеграл усиления, чем поперечные моды других порядков, за счет изменения размера пятна основной моды, и эта мода доминирует в резонаторе.
В ходе эксперимента получен вихревой свет первого порядка с максимальной мощностью 100 Вт и отличными качествами луча, а также охарактеризованы свойства спиральной фазы. Этот мощный вихревой лазер повысит эффективность и гибкость обработки материалов и откроет путь к исследованию нового пространства параметров, связанного со структурированным светом.
