径向偏振激光腔镜技术研究

一般的多层介质反射镜对垂直入射光束的反射均是偏振各向同性的，但当在这类反射镜上附加特定的光栅微结构时，这种复合型的反射镜会对正入射的光束产生非寻常的偏振选择性反射，将这种反射镜用于激光谐振腔时，可产生具有特定偏振特性的光束，如：径向偏振光束。径向偏振光束有许多奇异的性质和应用，特别是具有这种光束的固体激光或放大系统，由于光束的径向偏振特性可有效的降低激光介质中热致双折射的影响，使输出激光的光束质量得到明显的提高。运用时域有限差分方法（FDTD）和微结构光栅模拟软件对这种复合型光栅反射镜内电磁场分布及传输特性进行数值分析与器件结构的优化设计，采用先进的微纳米加工技术与显微测试手段，制备偏振选择型光栅反射镜，并通过将其应用于固体激光器的实验研究，验证径向偏振反射镜的性能。通过该项目的研究进一步加深对电磁波在亚波长微结构中传输的基本特性的认识，更具意义的是为径向偏振激光反射镜走向实用奠定基础。

径向偏振激光反射镜由亚波长光栅微结构与多层高反射薄膜组合而成，这种复合型的反射镜会对入射的光束产生偏振选择性反射，将这种反射镜用于构成激光谐振腔时，可产生具有特定偏振特性的激光光束，如：径向偏振光束。径向偏振光束的偏振态具有完美的轴对称特性，而且其光强在中心轴上始终为中空的分布。径向偏振光束有许多奇异的性质和应用，特别是具有这种光束的固体激光或放大系统，由于光束的径向偏振特性可有效的降低激光介质中热致双折射的影响，使输出激光的光束质量得到改善和提高，在激光加工、粒子操控等领域有广泛应用背景。应用自编的基于严格耦合波理论的T矩阵算法程序和微结构光栅数值计算商用软件对这种复合型光栅反射镜的电磁场分布及传输特性进行了数值分析与器件结构的优化设计，立足国内现有微纳加工工艺及设备，经过反复工艺探索，结合微纳结构和光学测试分析，成功制备出与理论设计特性相符合的偏振选择型光栅反射镜。搭建了一套Nd:YAG固体激光器的实验系统，用于验证设计加工的径向偏振反射镜的性能。通过该项目的研究进一步加深了对电磁波在亚波长光栅复合微结构中传输特性的认识，为径向偏振激光反射镜走向实用奠定了理论与技术基础。