中国光学期刊网

以经过圆形孔径截断的 Bessel涡旋光束和Bessel-Gauss涡旋光束为例,数值模拟了近似无衍射涡旋光束在湍流大气中传输时引起的光束扩展和畸变光场中相位奇点的变化。仿真结果表明,与Bessel涡旋光束相比,Bessel-Gauss涡旋光束由大气湍流引起的束宽扩展较小,且在一定条件下其相位奇点代数和与入射涡旋光束的拓扑荷数保持一致;在远距离传输时,Bessel-Gauss涡旋光束相位奇点代数和的起伏偏差远小于Bessel涡旋光束。 Bessel-Gauss涡旋光束在自由空间光通信中作为信息载体具有较大的优势。

数值模拟了拉盖尔-高斯涡旋光束在湍流大气中传输时的光强分布和光学涡旋的漂移。由模拟结果可知，当涡旋光束在湍流大气中传输时，光强分布由最初的环形结构变为平顶结构，最终在远场演化为高斯分布；光强廓线的演变过程与传输距离、湍流强度、湍流外尺度、涡旋光束拓扑荷数、束腰宽度以及光波长有关，与湍流内尺度无关。光学涡旋在接收面的不同位置处出现的频次满足高斯分布；随着传输距离的增加、湍流的增强或涡旋光束拓扑荷数的增加，光学涡旋的漂移范围增大且在不同位置处出现的频次偏离高斯分布；适当选择涡旋光束的束腰宽度会减小光学涡旋的漂移。

研究分析了45°倾斜光纤光栅的工作机理。利用紫外曝光法，将周期为1070 nm 的相位模板旋转一定角度后，在光敏光纤上成功写制了45°倾斜光纤光栅，通过拼接写制技术，写制的光栅栅区长度为24 mm。对写制的45°倾斜光纤光栅的偏振依赖损耗特性进行了研究，在1064 nm 处偏振依赖损耗值为11.8 dB,在1050~1100 nm 范围内的偏振依赖损耗值保持在9 dB 以上。导致其偏振依赖损耗值偏低的主要原因为相位模板的周期不匹配以及光栅栅区长度不够。经过优化后该器件可作为光纤起偏器件使用。

光具有由偏振性决定的自旋角动量(SAM)和由光场空间分布决定的轨道角动量(OAM)两种不同的物理性质。重点对光的自旋和轨道角动量在光束生成和变换性质、存在形式和描述方法、力学效应、空间相干性和时间相干性、角向多普勒频移效应及参量转换与量子纠缠等方面进行对比，探索它们的现象学差别，以期更好地理解光的本性，为该领域的研究提供启发和拓展思路。总结和分析了轨道角动量的最新研究成果，并展望了该领域的最新研究动态。

基于主振荡功率放大器, 采用1120 nm光纤激光器作为种子激光, 将其注入20 m大模场面积单模双包层掺Yb光纤放大器, 并用976 nm半导体激光器泵浦实现了1 120 nm信号光输出.实验中将注入种子激光功率预设为10 mW, 当半导体激光器泵浦功率增大至1.5 W时, 放大器系统开始输出1 120 nm信号光.当泵浦功率低于3.4 W时, 信号光功率随泵浦功率缓慢增长, 系统斜率效率较低; 而当泵浦功率高于3.4 W时, 信号光功率随泵浦功率线性增长, 斜率效率明显增大, 达到48.5%.限于最大注入泵浦功率为6.8 W, 放大器输出最高1 120 nm信号光功率为1.97 W, 总的光-光转化效率为29%.输出信号光中心波长为1 120.89 nm, 线宽为0.02 nm, 极好地保持了种子激光的特性.结合实验情况, 利用双包层光纤放大器的稳态理论模型, 采用有限差分方法模拟了放大器输出信号光功率随泵浦光功率的变化曲线, 结果显示理论模拟所得变化趋势与实验结果吻合良好, 系统将在泵浦功率达到200 W左右时达到饱和状态, 说明目前光纤放大器系统具有很大的功率提升空间.

对工作于1 064 nm波段的45°倾斜光纤光栅的偏振依赖损耗特性与工作机理进行了分析.利用紫外曝光法, 将周期为1 070 nm的常规相位模板旋转33°后, 在光敏光纤上写制了45°倾斜光纤光栅, 写制的光栅栅区长度为12 mm, 在1 040~1 085 nm范围内偏振依赖损耗值为7 dB左右.影响其偏振依赖损耗值的主要原因为相位模板的周期不是最佳值和栅区长度不够.利用写制的45°倾斜光纤光栅作为起偏器件, 实现了线偏振输出的掺镱光纤激光器, 其激光消光比高于30 dB, 输出波长为1 065.4 nm, 3 dB线宽为0.08 nm, 最高输出功率8.7 mW, 可长时间保持高偏振度稳定工作.

微柱阵列和透镜导管组成的耦合系统在激光二极管阵列(LDA)抽运的全固态高能量激光器中起着重要的作用，其光束耦合性能直接影响激光器的最终输出能量和光束质量。为了设计微柱阵列和透镜导管耦合系统的最佳结构参数，需要研究抽运光在耦合系统内部以及在激光晶体端面的分布。利用几何光学理论，对LDA的发射光线经微柱阵列和透镜导管的传输进行三维空间追迹，并计算其能量传输效率和光束整形效果。比较了六面体导管和渐细圆台形导管的耦合性能。仿真分析结果表明，六面体导管需要长度较大，能量传输效率略高，而圆台形导管可以较短，耦合整形后的光斑更接近圆形。

以基于准位相匹配和频与差频级联二阶非线性[χ(2)∶χ(2)]基础上的全光开关的理论分析作指导,进行了周期极化铌酸锂晶体(PPLN)和退火质子交换光波导(APE)的实验制备,利用所研制的PPLN-APE器件,以自行研制的工作波长为1.54 μm的被动调Q掺钴铝酸镁激光器作为控制光源,以工作波长为1.5 μm的连续二极管激光器为信号光源进行了级联二阶非线性全光开关实验。当控制光峰值功率为3 kW,信号光功率为1 mW时,实现13%的开关效率,分析了进一步提高全光开关性能的途径。