【资讯】山东师范大学蔡阳健团队：腔内多模振荡的部分相干激光器

2026-09-08 18:07:24

       空间相干性是描述光场空间统计特征的重要物理量，反映了光场不同空间位置之间的相关程度。在自由空间光通信、全息成像、激光显示及复杂介质传输等应用中，高空间相干性会引起散斑噪声增强、光强稳定性下降等问题。部分相干光通过降低光场不同空间位置之间的相关性，可在一定程度上抑制散斑并改善复杂环境下的传播特性。其中，椭圆高斯-谢尔模光场不仅具有各向异性的光强分布和空间相干结构，而且能够作为构建扭曲高斯-谢尔模光场的重要基础光场，在结构化光场调控与抗湍流传输研究中具有重要应用价值。

       目前，部分相干光场主要通过空间光调制器、数字微镜器件、旋转毛玻璃等腔外调制方式产生。虽然这些方法具有较高灵活性，但普遍存在系统结构复杂、能量利用率有限以及输出功率受器件损伤阈值限制等问题。因此，如何在激光振荡过程中直接实现空间相干结构的构建与调控，是部分相干光源研究中的重要问题。针对这一问题，本工作利用对泵浦光场的光学整形调控腔内增益分布和横模振荡行为，在紧凑型Yb:CALGO激光器中直接产生椭圆高斯-谢尔模光场，并系统研究泵浦条件对输出光场空间相干特性的影响规律。

       针对高功率部分相干光场的产生及其空间相干结构调控的问题，本课题组提出了一种基于对泵浦光场光学整形的调控方法，在紧凑型Yb:CALGO激光器中实现2.5 W椭圆高斯-谢尔模光场的稳定输出。其核心思想是在增益介质中构建各向异性增益分布，通过调控横模振荡行为实现空间相干结构的构建与调节，从而实现高功率输出条件下光场空间相干结构的可控生成。与传统依赖腔外调制器件的方法相比，该方案具有结构紧凑、能量利用率高的特点，避免了腔外调制器件带来的功率限制和光路复杂性问题。

       实验装置采用976 nm半导体激光器作为泵浦源，由柱透镜对泵浦光进行光学整形，形成椭圆泵浦光斑，将其注入增益介质，如图1(a)所示。椭圆泵浦光在增益介质中产生各向异性增益分布：沿长轴方向增益区域更宽，可支持更多高阶横模振荡，而短轴方向可激发的横模数量相对较少。这种非均匀增益分布为输出椭圆高斯-谢尔模结构提供了基础，最终实现2.5 W稳定输出，如图1(b)、(c)所示。

       研究发现，随着输出功率增加，光强分布由近高斯形态逐渐演化为椭圆分布，且光强椭圆长轴与泵浦椭圆长轴保持一致，而光束的空间相干结构椭圆长轴则与光强椭圆长轴互相正交。当旋转柱透镜改变泵浦光椭圆方向时，输出光强椭圆与空间相干结构椭圆均发生对应旋转，如图1(d)、(e)所示。这表明泵浦光椭圆取向可作为调控输出光空间相干结构方向的有效手段。

图1 实验装置及输出特性 （a）实验装置示意图；（b）输出功率特性；（c）输出功率稳定性；（d）椭圆泵浦光长轴沿y方向时的光强分布和相干度分布；（e）椭圆泵浦光长轴沿x方向时的光强分布和相干度分布

       此外，还进一步研究了泵浦条件对输出光场特性的影响。通过调节泵浦光椭圆度，能够连续调节输出光束的空间相干宽度。实验结果表明，随着空间相干宽度变化，光束质量因子和光谱半高全宽均呈现可控变化，进一步验证了腔内泵浦整形对横模振荡模式的影响，为后续高功率结构化光束的应用提供可靠基础。

参考文献： 中国光学期刊网

您好，可以免费咨询技术客服[Moli]

官网 筱晓(上海)光子技术有限公司

欢迎大家给我们留言，私信我们会详细解答，分享产品链接给您。

免责声明：

资讯内容来源于互联网，不代表本网站及新媒体平台赞同其观点和对其真实性负责。如对文、图等版权问题存在异议的，请联系我们将协调给予删除处理。行业资讯仅供参考，不存在竞争的经济利益。