渦旋光束助力新型雙通道OPO

2021-01-08 訊石光通訊網

  近年來,光學參量振蕩已經被證明是實現波長連續可調諧輸出的重要技術,可以實現波長覆蓋紫外到中紅外乃至遠紅外波段的雷射輸出。其中,飛秒雷射器泵浦的光學參量源,輸出脈衝具備高峰值功率、寬光譜覆蓋範圍和超短脈衝寬度的特性,被廣泛應用於雷射精密測量、生物光子學、大氣監測、雷射加工、量子光學、光學頻率梳等領域。

  光學渦旋光束因具備獨有的螺旋型波前相位以及環形光強分布,在量子光學、光學顯微鏡、光通信等領域均得到了廣泛的應用。根據其是否直接在光源處產生,渦旋光束產生可以分為主動和被動兩種產生方式。相比於被動產生,主動產生渦旋光束的方法具有緊湊、高效、高純度的特點,因此引起了研究人員的廣泛興趣。

  與單通道可調諧渦旋光束產生器相比,雙通道渦旋光束產生器能夠極大地提升信息傳輸容量,同時在可調諧太赫茲產生、粒子操控等領域有著潛在的應用前景。此外,可同時輸出高斯光束與渦旋光束的光源在超分辨成像領域有著廣泛的應用價值。因此,設計成本低、模式可調控、波長可調諧的多通道光束產生器在光學領域具有重要的意義。

  最近,天津大學超快雷射研究室胡明列教授課題組將雙通道OPOs與主動渦旋光束產生相結合,提出了一種波長可調諧、光斑模式可調控的新型雙通道OPOs。研究成果發表在Advanced Photonics 2020年第4期上。

(a) 雙通道、雙模式OPOs實驗裝置;(b) 不同通道輸出光譜調諧;(c) 輸出光斑模式調控示意圖。

  該課題組的設計思想是通過激發不同周期的單一準相位匹配周期極化鈮酸鋰晶體,構建單晶體雙通道OPOs,實現不同波長的獨立輸出;在腔內引入不同q波片實現不同階數的渦旋光束輸出。

  得益於雙通道的腔結構,調節每個通道的腔長度,可以獲得獨立的雙通道寬光譜調諧輸出。在這種情況下,輸出的信號光脈衝可分別在1520-1613 nm和1490-1549 nm範圍內進行調諧。由於所使用q波片很薄,具有較小的色散,保證了在改變輸出渦旋階數過程中,輸出信號光脈衝的光譜、脈衝寬度基本相當。

  該雙通道OPOs設計簡單、成本較低、光斑模式調控方便、波長調諧範圍較寬,為產生雙模式的可調諧光源提供了一個全新的選擇,推動了光學成像和量子光學等領域的研究進展。

相關焦點

  • 多維、 雙通道渦旋光束髮生器
    通過摻鐿光纖雷射器 的高斯光束(lp = 0) 的泵浦,兩個可調製的信號發射出不同的光束模式,這一兩個不同模式的光可以同時被觀察到。儘管其中的一個發射可以在高斯光(ls = 0)的條件下在1520nm到1613nm之間進行調製,另外一束可以形成渦旋空間分布 ,且以不同的分布旋渦順序 (ls = 0 to 2)進行分布,調製範圍為1490到1549nm。
  • 多維、雙通道渦旋光束髮生器
    來自天津大學的學者為大家展示了一種雙通道的辦法來輸出飛秒、雙波長、雙光束模式可調製信號且在近紅外波段的雷射。雙波長的獲得依靠激勵兩個相鄰時周期的周期性極化鈮酸鋰晶體 來實現。通過摻鐿光纖雷射器 的高斯光束(lp = 0) 的泵浦,兩個可調製的信號發射出不同的光束模式,這一兩個不同模式的光可以同時被觀察到。
  • 完美渦旋光束拓撲荷值的在線原位測量
    在渦旋光束中,拓撲荷值是一個重要的參數,它決定了軌道角動量大小及波分復用與信息編碼能力。對這一參數進行實驗測定是理解渦旋光束其他特徵性質的前提。近年來,完美渦旋光束及艾裡渦旋光束等新型光束被不斷產生出來,不過此類光束僅出現在空間光調製器的傅立葉平面。對於這些新型光束拓撲荷值的測量,傳統的幹涉/衍射方法已不適用。
  • 「超自由度」矢量渦旋光束雷射器誕生
    >近日,來自英國南安普頓大學(University of Southampton)的申藝傑(清華大學精儀系博士)和南非金山大學(University of the Witwatersrand)的 AndrewForbes 等研究人員產生了一種新型矢量渦旋光束
  • 「超自由度」矢量渦旋光束雷射器誕生
    清華大學精儀系 博士)註:本文由論文作者投稿01導讀近日,來自英國南安普頓大學(University of Southampton)的申藝傑(清華大學精儀系博士)和南非金山大學(University of the Witwatersrand)的 AndrewForbes 等研究人員產生了一種新型矢量渦旋光束
  • 你還不知道「渦旋光束」?
    在光學領域同樣存在著類似現象,我們稱這類光束為渦旋光束。 相比一般的光束,渦旋光束因其與眾不同的特性,自1989年被首次提出以後,很快引發了研究者濃厚的興趣,迅速成為現代光學研究中一個重要分支。今天,我們就一起來了解一下渦旋光束。
  • 癌症量子掃描儀:矢量渦旋光束被用於醫療中的量子應用
    如圖所示不同的螺旋模式的特徵顯示了光束的螺旋結構及其相應的強度分布:兩個軌跡角動量模式的疊加,可以得到矢量渦旋光束(vector vortex beam,簡寫:VVB),其特徵在於光束橫截面中的甜甜圈似的強度分布,並且具有空間變化的偏振。 矢量渦旋光束被認為適合用於醫療技術中的量子應用。
  • 光學渦旋簡介
    江蘇雷射聯盟導讀:光學渦旋是一種具有螺旋相位波前,帶有軌道角動量(OAM),能夠攜帶不同拓撲電荷數的光束。攜帶不同拓撲電荷數的光學渦旋是相互正交的,因此,光學渦旋可以在光纖通信系統中進行模分復用,它能夠極大的提高光纖通信系統的容量。本文主要簡單介紹渦旋光束,以及渦旋光束的生成和檢測方法。
  • 科學家實現「扭曲」的雷射光束
    威特沃特斯蘭德大學的研究人員利用雷射器的幾何相,首次實現了一種改變雷射光束的軌道角動量的方法。  《自然光子學》NaturePhotonics 雜誌發表了由南非和義大利的研究人員發現的這一新型雷射器的研究成果,這種雷射器能夠產生「扭曲」的雷射束作為其輸出。雷射輸出和新型雷射形成的一組雷射束疊加,稱為矢量渦旋光束。
  • 精彩論文|通用光束軌道角動量譜分析技術
    PhotoniX於2020年8月17日在線發表了此工作成果,在該論文中,他們分別測量了單環渦旋光束、單環多模混合渦旋光束和多環多模混合渦旋光束,實驗結果表明,對於任意光場分布的待測光束,該技術均可準確的測得其OAM譜,實驗結果與理論預測吻合良好。
  • 「多餘」的渦旋——衍生等離激元渦旋
    「2020中國光學十大進展」候選推薦具有軌道角動量的渦旋光束近年來已經逐步地從基礎研究領域走向了應用領域。在實際應用中,器件的微型化和系統集成化是人們的終極需求。表面等離激元渦旋(等離激元渦旋(Plasmonic Vortices)或SPP渦旋),是表面等離子體形成的渦旋,是近年來國際上的一個研究熱點,為亞波長尺度的光子軌道角動量操控開闢了一條新的途徑。等離激元透鏡(Plasmonic vortex lens, PVL)是一種具有螺旋狀的金屬薄膜納米狹縫結構。用圓偏振的渦旋光束照射PLV激發SPP是產生等離激元渦旋的一種常用方法。
  • 上海光機所矢量漩渦光束雷射器研究取得突破
    矢量、渦旋光束是在光束橫截面內同時具有非均勻偏振態和螺旋位相結構的新型雷射光束。與其他雷射光束相比,矢量光束可被高數值透鏡聚焦更小的尺寸,並且在焦點處可形成極強的縱向電場或者縱向磁場,因此在粒子捕獲、生物光鑷、高解析度顯微鏡技術、帶電粒子加速以及高精度材料加工等領域有非常重要的應用。
  • 研究人員提出一種近乎完美的可控脈衝環形剖面的新型光學渦旋
    圖1 可控脈衝環型剖面的完美光學渦旋(POVs) 示意圖光學渦旋 被認為是一種具有螺旋波前奇點包圍的相,並且具有獨特的性能,如可以攜帶環形輪廓的軌道角動量(orbital angular momentum (OAM) )。
  • 多維雙通道渦流束髮生器
    雙光束模式 OPO,兩個通道天津大學超快雷射實驗室的胡明烈指出,雖然單通道渦流束髮生器可以提供數據傳輸能力和捕獲能力,以獲得可調諧的太赫茲輻射,但雙通道發生器具有這種能力,再加上為更廣泛的應用生成兩種不同類型的光束的優勢。&34;胡說。
  • 【Thorlabs新產品】渦旋半波片
    渦旋波片能夠產生無衍射貝塞爾光束,已應用於光鑷中擴大其捕獲區域。特別地,渦旋波片還能夠將標準的TEM00模高斯光束變成「空心孔形」拉蓋爾高斯光束,如圖1所示。其它應用包括高分辨顯微鏡和光刻等。圖1: 空心孔拉蓋爾高斯光輪廓Thorlabs的渦旋半波片可選階數m=1或m=2,入射角高達±20°,光束直徑範圍從0.3到21.5 mm。安裝在Ø1英寸外殼內,外殼上刻有型號和輔助對準的標記線,因為m=1是偏振相關的,所以有一處刻有三段直線表示零度快軸方向,如圖2所示。
  • 清華大學&深圳大學LSA綜述論文:光學渦旋三十年發展史
    圖四:渦旋光束的分解,LG 渦旋光束可表示為以 HG 模式為基底的線性組合(虛線框內為空間渦旋的相位分布較之一般光束,OV 的獨特結構導致其具有更多的調諧維度,波長調諧之外還應考慮空間結構的調諧,即 OAM 的調諧。OAM 調諧對於單一奇點的渦旋光束而言就是調諧拓撲荷數,對於多奇點光束而言還包括多奇點分布的調控。因而發展波長與 OAM 可調諧的 OV 光源是進一步拓展科學應用的關鍵。另外,對於脈衝渦旋光源,脈寬與波形的調諧也是關鍵的調諧技術之一。
  • 光子颶風|攜帶光子橫向軌道角動量的光學時空渦旋
    概述近日,上海理工大學莊松林院士和顧敏院士領導下的未來光學國際實驗室納米光子學重點團隊在光子軌道角動量研究領域取得重大突破,首次從理論到實驗展示了具有時空螺旋相位並攜帶光子橫向軌道角動量的新型光場,展示了一個全新的光子軌道角動量自由度,在光通訊、光信息處理、量子光學、粒子操控
  • 稿件速遞|利用全息電介質超表面實現偏振切換光場渦旋線的打結
    導讀構造新型多自由度結構光場是光場調控領域的研究熱點之一。其中,光場中的拓撲結構,如與相位奇異性相關的渦旋結和鏈,在基礎研究和實際應用中引起研究者們極大的關注。所在團隊為西北工業大學理學院趙建林教授帶領的微納光子學與信息光學研究團隊,該團隊主要研究方向包括:數字全息術及應用、微納光子學與光子器件、新型光場產生與調控技術、光纖技術及應用。
  • 二維材料人工渦旋系統展現超強非線性手性
    自由空間光束除具有自旋角動量(SAM)之外,還可以攜帶軌道角動量(OAM),對應於一個渦旋光束在傳播方向的螺旋相位。眾所周知,每個光子自旋角動量為 ±,而渦旋光束的相位變化為exp (ilφ),使偈每個光子攜帶值為l的軌道角動量,其中l為拓撲數(可以為正或負整數),φ 為方位角相位。過去二十年多年來,光學渦旋光束已經被應用在了許多領域,如光學操縱微粒子、超解析度聚焦、光通信、量子信息處理、幾何拓撲光子學等。
  • 研究人員開發利用「光子晶體」的新型光束掃描設備
    中國航空報訊:從超市的條碼掃描器到新型智慧型手機上的攝像頭,雷射掃描器是我們日常生活中不可缺少的一部分,依靠雷射器和探測器來實現精準定位。日本京都大學大學院工學研究科的研究小組在《Nature Communications》上發表文章,描述了利用「光子晶體」的新型光束掃描裝置,消除了對移動部件的需求。研究人員發現,改變晶格點的形狀和位置會導致雷射束以獨特的方向發射,而不是將晶體的晶格點有序地排列在一起。