1 北京理工大学光电学院,北京 100081
2 信息光子技术工业和信息化部重点实验室,北京 100081
3 光电成像技术与系统教育部重点实验室,北京 100081
与宏观物体类似,光子等微观粒子也可携带角动量。光子的角动量包括自旋角动量和轨道角动量,两种角动量的共同作用产生了一种新型结构光束,即矢量涡旋光束。矢量涡旋光束具有各向异性的波面和偏振分布,提供了多种光场自由度,在量子技术、光通信、激光探测、激光加工、高分辨成像、光镊等前沿领域展现了巨大的应用潜力,吸引了国内外学者的广泛关注。高效地生成矢量涡旋光束,以及高精度地识别矢量涡旋光束的模式分布,是其应用的关键。本文简要回顾了国内外学者在矢量涡旋光束的生成与模式识别方面的研究工作,同时系统梳理了本文作者过去十年在该方面的研究进展,重点介绍了其相关代表性成果。
物理光学 激光光场调控 矢量涡旋光束 轨道角动量 自旋角动量 光学学报
2023, 43(15): 1526001
实现不同OAM光束的空间分离在许多领域都起到重要作用。通过光学坐标变换原理可以实现不同轨道角动量模式的空间分离, 而且可以降低相邻模式之间的串扰, 从而提高OAM模式分辨率。研究为OAM模式分束提供了一种更具可行性的新方案。
轨道角动量 坐标变换 OAM模式分束 orbital angular momentum coordinate transformation OAM beam splitting
红外与激光工程
2022, 51(7): 20220221
1 北京理工大学光电学院, 北京 100081
2 信息光子技术工业和信息化部重点实验室, 北京 100081
设计了一种LD阵列泵浦的铒镱共掺磷酸盐玻璃(Er,Yb∶glass)板条放大器,通过多次折叠反射结构来提高能量提取效率,实现1.5 μm波段较大能量的激光输出,激光放大增益可达35.29倍。基于稳态热传导理论,对所设计的Er,Yb∶glass板条放大器进行了热效应分析,建立了热力耦合模型,采用有限元方法比较不同参数条件下板条介质的热力学特性。结果表明通过提高板条宽厚比和减小泵浦光功率密度可以有效缓解热效应,在此基础上提出了一种补偿波前畸变的方法。
激光器 Er Yb∶glass; 多程 板条放大器 热效应
1 北京理工大学光电学院, 北京 100081
2 信息光子技术工业和信息化部重点实验室, 北京 100081
3 光电成像与系统教育部重点实验室, 北京 100081
矢量涡旋光束是一种新型的结构光场, 具有螺旋相位和横截面各向异性偏振分布, 在光镊、旋转体探测、光通信、高分辨率成像、量子信息等领域展现出广泛的应用前景。随着研究的不断深入, 对矢量涡旋光束的复杂光场模式分布要求越来越高, 给矢量涡旋光束的生成技术带来了巨大的挑战。此外, 如何更加实用且有效地完备表征矢量涡旋光束的模场分布、模式特性亦是其应用的重要基础。本研究团队长期从事包括矢量涡旋光束在内的结构光场调控及应用技术研究, 提出了多种输出模式连续可调的矢量涡旋光束腔外、腔内生成技术。介绍了近年来本课题组在矢量涡旋光束的表征和腔内生成方面的主要工作, 包括矢量涡旋光束总角动量态的四参量表征法、激光谐振腔内横纵模调控技术等, 并在此基础上报道了人眼安全波段全固态矢量涡旋光束激光器。
量子光学 矢量涡旋光束 总角动量 固体激光器 quantum optics vectorial vortex beam total angular momentum solid laser
Author Affiliations
Abstract
1 School of Optics and Photonics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
2 Key Laboratory of Information Technology, Ministry of Industry and Information Technology, Beijing 100081, China
A single-frequency 1645 nm pulsed laser with frequency stability close to 100 kHz was demonstrated. The laser oscillator is injection-seeded by a single-frequency narrow linewidth (Er:YAG) nonplanar ring oscillator and frequency stabilized by the modified Pound–Drever–Hall method. The pulse repetition rate can be set from 100 to 500 Hz with the frequency stability from 82.72 kHz to 134.44 kHz and pulse energy from 9.84 mJ to 19.55 mJ. To our knowledge, this is the best frequency stability of a single-frequency pulsed laser with injection-seeding.
single-frequency pulse high-frequency stability injection-seeding Chinese Optics Letters
2022, 20(4): 041402
1 北京理工大学 光电学院,北京 100081
2 信息光子技术工业和信息化部重点实验室,北京 100081
3 光电成像技术与系统教育部重点实验室,北京 100081
作为新型结构光束的一类,全庞加莱球光束因其横截面上自旋角动量和轨道角动量发生耦合,近年来在自由空间光通信领域内受到广泛关注。然而,传输信道中的大气湍流将产生诸如光束扩展、漂移、光强闪烁等严重影响,进而限制光通信系统性能。结合随机相位屏,对具有“C”型偏振奇点的全庞加莱球光束、“V”型偏振奇点的柱矢量光束和均匀偏振的标量涡旋光束在湍流大气中的传播进行大量的数值模拟。归一化光强相关系数和模式纯度被用于研究杂合庞加莱球表面不同位置处表征的全庞加莱球的稳定性。结果表明,相较于具有相似偏振拓扑荷和光强分布的柱矢量光束以及标量涡旋光束而言,坐标位于南半球的全庞加莱球光束在弱湍流和中湍流(r0=0.5 m, 0.125 m)下具有较高稳定性。而在强湍流下(r0=0.056 m),优势区域缩小至2σ∈[−5π/32, 0](纬度坐标)。上述结果将为自由空间远距离通信中传输介质的选取提供重要依据并进一步促进通信质量的提升。
全庞加莱球光束 大气湍流 高稳定性 杂合庞加莱球 full Poincaré beams atmosphere turbulence higher robustness hybrid-order Poincaré sphere 红外与激光工程
2021, 50(9): 20210242
红外与激光工程
2021, 50(9): 20210145
Rui Song 1,2,3Xueting Liu 1,2,3Shiyao Fu 1,2,3,*Chunqing Gao 1,2,3,**
Author Affiliations
Abstract
1 School of Optics and Photonics, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China
2 Key Laboratory of Photoelectronic Imaging Technology and System, Ministry of Education, Beijing 100081, China
3 Key Laboratory of Information Photonics Technology, Ministry of Industry and Information Technology, Beijing 100081, China
In this paper, we demonstrate a scheme to tailor both longitudinal and transverse modes inside a laser cavity and constitute an eye-safe single longitudinal mode (Er:YAG) vector laser. A -plate is employed as a spin-orbital conversion element to modulate the transverse mode and obtain cylindrical vector beams. An optical isolator is employed as a non-reciprocal element for the ring cavity to enforce unidirectional operation and achieve single longitudinal oscillation. The characteristics of power, transverse intensity, and polarization spectrum of the output beams are observed. The observed typical single longitudinal mode and highly matched special polarizations prove the successful tailoring of both longitudinal and transverse modes.
Er:YAG single longitudinal mode cylindrical vector beam Chinese Optics Letters
2021, 19(11): 111404