中科院上海光機(jī)所光纖激光器輸出2.42瓦高效率徑向偏振激光

         中國(guó)科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所先進(jìn)激光技術(shù)與應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室李建郎研究員課題組“徑向偏振光纖激光器”研究工作近日取得突破性進(jìn)展。該研究組從摻鐿光纖激光器中獲得2.42瓦高效率、高偏振純度和高軸對(duì)稱性的徑向偏振激光輸出，創(chuàng)造了目前徑向偏振光纖激光器研究的最高紀(jì)錄。

        徑向偏振光束在離子捕獲、生物光鑷、高分辨率顯微鏡技術(shù)、電子加速以及高效率高精度金屬材料加工等領(lǐng)域有著非常重要的應(yīng)用，通過固體、氣體激光器的輸出來(lái)直接產(chǎn)生該種光束已經(jīng)成為國(guó)際研究熱點(diǎn)領(lǐng)域之一。2006年李建郎等人首次提出利用稀土摻雜的多模光纖作為增益介質(zhì)來(lái)直接輸出徑向偏振激光的概念，并在摻鐿光纖激光器實(shí)驗(yàn)中獲得了近40毫瓦的徑向偏振激光輸出（Opt. Lett., 31, 2969, 2006; Opt. Lett., 32, 1360, 2007; Laser Phys. Lett., 4, 814 2007)。繼該研究領(lǐng)域被開拓后，以色列魏茲曼研究所(Weizmann Institute of Science, Israel)、美國(guó)代頓大學(xué)(Dayton University, USA)等研究機(jī)構(gòu)的科學(xué)家相繼通過努力在摻鉺光纖激光器中實(shí)現(xiàn)了140毫瓦（斜坡效率約為3%) 的徑向偏振激光輸出 (Appl. Phys. Lett., 93, 191104, 2008; Appl. Phys. Lett., 95, 191111, 2009）。在這些前期研究中，由于寄生振蕩等因素的干擾，激光器效率和功率很低，并且存在偏振純度低以及光束軸對(duì)稱性差等關(guān)鍵性缺陷，限制了徑向偏振光纖激光器技術(shù)的進(jìn)一步實(shí)用化。

        該課題組李建郎、林迪等經(jīng)過約一年時(shí)間的奮斗摸索，在實(shí)驗(yàn)中采用光纖耦合的976nm二極管激光器從端面泵浦1.8米長(zhǎng)的多模摻鐿雙包層光纖。該增益光纖具有低V參量，僅支持光纖基模以及其鄰階模（其中包括TM01模，即徑向偏振模）傳輸。同時(shí)增益光纖的一個(gè)端面被切成8o斜角以抑制光纖端面之間的寄生振蕩。實(shí)驗(yàn)采用具有徑向偏振選擇性的光子晶體光柵鏡做為激光器的輸出耦合器。實(shí)驗(yàn)測(cè)得激光器閾值泵浦功率為0.9W，在最大泵浦功率7W 時(shí)輸出功率達(dá)到2.42W，光—光效率為35%（對(duì)應(yīng)的斜坡效率43.8%），激光器波長(zhǎng)為1050nm。激光器輸出圓環(huán)形光斑，且為徑向偏振，偏振純度為96%。

        此結(jié)果目前已遠(yuǎn)優(yōu)于其他國(guó)際同行的工作。該研究首次實(shí)驗(yàn)證明了徑向偏振光纖激光器完全可以達(dá)到與同類的固體激光器相比擬的性能指標(biāo)，從而基本消除了困擾徑向偏振光纖激光器發(fā)展及應(yīng)用的技術(shù)障礙。