近日，華東師范大學(xué)精密光譜科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室曾和平教授團(tuán)隊(duì)在超快渦旋激光領(lǐng)域取得重要突破，成功實(shí)現(xiàn)了脈沖寬度低于100飛秒的高功率渦旋光束的腔內(nèi)直接生成。該研究成果以Sub-100 Fs Vortex Beams Generated from a Yb:CALGO Laser為題，發(fā)表于光學(xué)領(lǐng)域期刊Laser & Photonics Reviews。
渦旋光束因其獨(dú)特的環(huán)形光場分布和攜帶軌道角動量（OAM）的特性，在光通信、微觀粒子操控和量子信息處理等領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊應(yīng)用前景。超快渦旋光束更進(jìn)一步地將OAM與高峰值功率、極短脈沖持續(xù)時間相結(jié)合，為強(qiáng)場物理、精密加工和非線性光學(xué)研究提供了全新工具。
然而，當(dāng)前主流超快渦旋光束生成技術(shù)依賴于外部相位調(diào)制元件（如空間光調(diào)制器、超表面等），存在損傷閾值低、帶寬受限、易引入散射和畸變等問題，難以同時實(shí)現(xiàn)高能量與超短脈沖的輸出。針對這一技術(shù)瓶頸，研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地提出了一種基于Yb:CALGO晶體的渦旋激光振蕩器結(jié)構(gòu)，通過半導(dǎo)體可飽和吸收鏡（SESAM）輔助克爾鎖模與點(diǎn)缺陷鏡調(diào)控的協(xié)同機(jī)制，在諧振腔內(nèi)直接產(chǎn)生了超短脈沖渦旋光束。
實(shí)驗(yàn)表明，該振蕩器在點(diǎn)缺陷鏡與腔軸精確對準(zhǔn)時，可輸出清晰的拉蓋爾-高斯（LG??）模式渦旋光束，脈沖寬度僅75.7飛秒，光譜帶寬達(dá)18.2納米，最大輸出功率達(dá)到3.2 W。這一性能指標(biāo)顯著優(yōu)于現(xiàn)有腔內(nèi)直接產(chǎn)生技術(shù)方案，為解決超快渦旋光源的瓶頸問題提供了全新路徑。
該研究由華東師范大學(xué)博士研究生劉建東為第一作者，曾和平教授與胡夢云擔(dān)任共同通訊作者。研究工作獲得了國家科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、上海市科學(xué)技術(shù)委員會、重慶市科技局、海南省科學(xué)技術(shù)廳以及華東師范大學(xué)的聯(lián)合支持。
此項(xiàng)突破不僅推動了超快光學(xué)與結(jié)構(gòu)光場的融合研究，更為量子操控、高容量光通信、超分辨成像等前沿應(yīng)用提供了高性能光源解決方案。
圖1. Yb:CALGO渦旋激光振蕩器示意圖
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