基于光学参量振荡器的可调谐柱矢量光束的产生

Due to the interesting properties and potential applications of cylindrical vector (CV) beams,there has been a rapid increase of studies on CV beams. The CV beams have been used in many fields,such as particle acceleration, material processing, laser microscopy and optical trapping. Previous researches are focused on the generation of CV beam at a specific wavelength. This project purposes to produce tunable CV beams. First, Optical parametric oscillators (OPO) are intended to be used to generate tunable Hermite-Gaussian beams. Then tunable CV beams can be obtained by interfering with the Hermite-Gaussian beams. Further, in order to compact the system,OPOs with the image-rotating resonator will be used to integrate the synthesis system and the resonator. Generation of tunable CV beams are in its infancy at the moment. This project will broaden the wavelength range of the cylindrical vector beam and contribute greatly to the development of its application.

柱矢量光束具有非常特殊的偏振性质，近年成为国内外研究的热点，并已经在粒子加速、材料加工、高分辨成像、光镊等领域得到了应用。此前的研究主要关注单一波长的柱矢量光束的产生，并没有考虑其调谐特性。本项目将创新性地使用光学参量振荡器(OPO)产生可调谐的柱矢量光束。我们拟使用OPO，产生可调谐的厄米高斯光束，并通过相干合成系统，获得可调谐的柱矢量激光。进一步，我们采用90度图像旋转腔的OPO，将合成系统与谐振腔融合起来，以使系统更加紧凑。鉴于目前对可调谐的柱矢量光束的研究处于起步阶段，本项目的研究将可以拓宽柱矢量光束的波长范围，大大促进柱矢量光束的应用发展。可以预见，这将是一个具有广阔应用前景的研究课题。

柱矢量光束是一种偏振非均匀的相干光束。光束横截面具有涡旋状的偏振分布，具有非常特殊的偏振性质，近年成为国内外研究的热点，并已经在粒子加速、材料加工、高分辨成像、光镊等领域得到了应用。本项目对高功率柱矢量光束的产生及非线性频率转换做了研究。我们使用使用ABCD矩阵理论，编写的相关的计算程序，对柱矢量光激光器谐振腔做了模拟分析，并用光束传播方法对光阑选模的谐振器做了模拟分析。对柱矢量光束在晶体（增益介质或非线性晶体）中的传播过程中，晶体对会光束传播的影响进行了研究，主要分析了光束在c轴切割晶体的传播特性。同时，我们利用c轴切割的晶体提升谐振器的选模特性，产生了单脉冲能量超过4mJ的1.064μm柱矢量光束，平均功率达21W。利用该激光作为泵浦源，我们进行了柱矢量光束非线性频率转换的实验。使用KTP作为倍频晶体，对1.064μm柱矢量光束进行了倍频实验，获得了功率大于1W的532nm厄米高斯光束。