然而，現(xiàn)有離軸泵浦HG模式激光的研究主要局限于一維模式——僅能通過改變泵浦光的位置調(diào)控兩個(gè)模式序數(shù)中的一個(gè)（HGm,0或HG0,n）。即使在兩個(gè)正交方向同時(shí)引入泵浦光離軸偏移，也只能激發(fā)傾斜的一維HG模式，而非二維HGm,n模式。

       為實(shí)現(xiàn)二維HGm,n模式激光輸出，研究人員通常采用多路泵浦光或空間調(diào)制泵浦光對(duì)增益區(qū)域進(jìn)行精確控制，或借助腔內(nèi)柱透鏡變換以及將諧振腔調(diào)偏等方法。但這些方案的實(shí)現(xiàn)過程較為復(fù)雜，也難以獲得很高階模式的激光輸出。目前有源方法和無源方法產(chǎn)生的高階二維HGm,n模式分別是基于數(shù)字微鏡陣列調(diào)制泵浦光實(shí)現(xiàn)的HG27,25模式，以及基于空間光調(diào)制器產(chǎn)生的HG25,25模式，轉(zhuǎn)換效率均低于1%。

       二維離軸泵浦難以產(chǎn)生二維HGm,n模式的主要原因在于傾斜一維HG模式的競爭。當(dāng)諧振腔具有圓柱對(duì)稱性時(shí)，沿任意方向的傾斜一維HG模式都是諧振腔的本征模，二維的離軸泵浦等價(jià)于坐標(biāo)變換后的一維離軸泵浦。由于一維HG模式的能量分布相比二維HGm,n模式更為集中，具有更高的泵浦交疊，因此會(huì)先于二維HGm,n起振。

       基于該思路，設(shè)計(jì)了折疊腔結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)方案（圖1），利用凹面折疊鏡在子午面和弧矢面有效焦距各自隨入射角變化的特性引入像散。相較于使用柱面光學(xué)元件引入像散，折疊腔的像散程度可通過改變折疊角進(jìn)行主動(dòng)調(diào)節(jié)，靈活性更高。引入像散后，諧振腔的本征模被限定為沿兩個(gè)像散對(duì)稱軸方向（x和y方向）的HG模式，而傾斜HG模式不能自再現(xiàn)，也就消除了競爭，使得簡單的二維離軸泵浦能夠直接激發(fā)二維的HGm,n模式。

圖1 產(chǎn)生高階二維HG模式激光的離軸泵浦像散折疊腔激光器光路示意圖

       實(shí)驗(yàn)中通過微調(diào)泵浦耦合器所在的位移臺(tái)，精確調(diào)節(jié)泵浦光在x和y方向上相對(duì)諧振腔光軸的偏移量，成功實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)模式序數(shù)均可靈活調(diào)控的二維HGm,n模式激光輸出（圖2）。

圖2 實(shí)驗(yàn)中用CCD相機(jī)記錄的典型高階二維HG模式激光的光斑

       實(shí)驗(yàn)中模式階次隨泵浦光位置的變化規(guī)律與基于交疊積分計(jì)算得到理論預(yù)期一致。當(dāng)878.6 nm泵浦光功率2 W時(shí)，1064 nm Nd:YVO4激光器在Δx=Δy=1.9 mm（~13.6倍基模光斑半徑）時(shí)實(shí)現(xiàn)了高達(dá)HG214,216的超高階輸出。HG214,216的閾值僅為1.74 W，斜效率為13.4%。這是實(shí)現(xiàn)超高階的二維HG模式光束，也是主動(dòng)方法產(chǎn)生的高階模式激光（HGm,n模式階數(shù)N=m+n，LGp,l 模式階數(shù)N=2p+l，此前公開報(bào)道中主動(dòng)方法產(chǎn)生的階模式激光為該課題組利用腔內(nèi)球差選模產(chǎn)生的LG0,355）。

參考文獻(xiàn)： 中國光學(xué)期刊網(wǎng)

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