磁光双波长可调谐涡旋空心激光器制造技术

本发明专利技术公开了磁光双波长可调谐涡旋空心激光器，半导体激光阵列的光路上依次设有平凸透镜

【技术实现步骤摘要】
磁光双波长可调谐涡旋空心激光器


[0001]本专利技术涉及激光
，特别是涉及一种磁光双波长可调谐涡旋空心激光器
。

技术介绍

[0002]近年来，人们利用不同技术实现多种独特强度
、
偏振或相位分布的连续和脉冲空心光场激光器，例如，反高斯空心激光器
(
专利
ZL201811357253.9)、
双半反高斯空心激光器
(
专利
ZL201811357117.X)、
双半高斯空心激光器
(
专利
ZL201811208397.8)、
非均旋转对称偏振空心激光器
(
专利
ZL201910065979.3、
专利
ZL201811208711.2)、
连续旋转偏振空心激光器
(
专利
ZL201811449069.7)、
正交偏振空心圆环激光器
(
专利
ZL201811357112.7)、
可调涡旋相位空心激光器
(
专利
CN202111663417.2)、
双环涡旋空心激光器
(
专利
CN 2023107603899)、
多重轨道角动量涡旋空心激光器
(
专利
CN2023107605979)、
平面空心涡旋空心激光器
(
专利
CN2023107645980)
和脉冲空心激光器
(
专利
ZL201811208679.8、
专利
ZL201811357117.X)
等
。
上述均为单波长空心激光器，在光学成像
、
光学捕获
、
原子冷却
、
量子信息
、
微观粒子光学操纵
、
玻色
‑
爱因斯坦凝聚
、
光学囚禁
、
生物光镊和同位素分离等领域中有着广泛的应用前景
。
双波长空心激光器
(
专利
ZL201910066066.3)
可以实现对两种微粒同时操纵
、
空间自相位匹配技术以及同时捕获两种不同的生物细胞等
。
[0003]目前，双波长空心激光器仅限于特殊强度分布，然而非均匀偏振态空心光束所携带的自旋角动量可以提高粒子囚禁效率和减小光束带给生物细胞热损伤，涡旋相位空心光束所携带的所携带的轨道角动量又可作为光学扳手和生物光镊对两种生物细胞进行同时精确操控
。
本专利技术实现了特殊强度的同时，又同时实现了非均匀偏振和涡旋相位分布的双波长激光输出，增加了光场的自由度，能对传统光镊和粒子操控技术进行革新，极大拓展了结构光场在生物医学领域中的应用
。
此外，本专利技术激光谐振腔输出的双波长又可以调谐，推进了双波长激光器实用化进程，必将开启新型结构光场的研究与应用领域，为多自由度光场的应用创造了更多可能
。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种磁光双波长可调谐涡旋空心激光器
。
本专利技术是通过以下技术方案来实现的：
[0005]磁光双波长可调谐涡旋空心激光器，包括光纤耦合输出的半导体激光阵列，光纤耦合输出的半导体激光阵列的光路上依次设有平凸透镜
、
负圆锥透镜
、
第一正圆锥镜
、
激光增益介质
、
平面镜
、
第二正圆锥镜
、
负
‑
负圆锥镜
、
负圆锥镜和第三正圆锥镜，负
‑
负圆锥镜上设有磁场线圈；
[0006]所述的光纤耦合输出的半导体激光阵列为磁光双波长可调谐涡旋空心激光器的泵浦源
。
[0007]由平凸透镜
、
负圆锥透镜和第一正圆锥镜组成泵浦光束耦合系统，产生聚焦圆环形光束用于激发涡旋相位激光在谐振腔内运转；
[0008]所述平面镜为双波长涡旋空心激光输出镜；
[0009]所述第二正圆锥镜为双波长色散圆锥镜；
[0010]所述第一正圆锥镜的锥面和第三正圆锥镜的锥面构成双波长涡旋空心激光器的谐振腔；
[0011]通过附加在负
‑
负圆锥镜的磁场以及轴向调节负
‑
负圆锥镜以改变双波长在腔内增益
‑
损耗平衡，从而实现激光波长调谐
。
[0012]所述的平凸透镜为泵浦光束准直透镜
。
[0013]光束经过平凸透镜准直后由负圆锥透镜的锥面形成轴对称平行的发散光束，再经过负圆锥透镜的凸面聚焦，不同方位的平行光束会聚一点，从2π
方向上看在轴锥透镜焦平面上形成一个圆形的聚焦圆环，经过第一正圆锥镜将聚焦圆环光束耦合到激光增益介质中激发涡旋相位激光运转
。
[0014]激光传输方向与系统水平轴线平行，且由于双波长激光在第二正圆锥镜锥面的色散折射后分成两束；所述的第二正圆锥镜的锥角
γ
＝
π
‑2θ
B
，从第二正圆锥镜锥面透射的激光为
P
波，其中
θ
B
为布儒斯特角，
tan
θ
B
＝
n
，
n
为第二正圆锥镜的折射率；
[0015]所述的负圆锥镜和第二正圆锥镜选取相同材料且锥角从负圆锥镜的锥面折射的双波长激光传播方向平行
。
[0016]所述的第一正圆锥镜和第三正圆锥镜的锥角分别为
β
和
ω
，取
β
＝
ω
＝
90
°
，第一正圆锥镜的锥面和第三正圆锥镜的锥面构成双波长涡旋空心激光器的谐振腔，所产生的双波长激光由平面镜输出
。
[0017]所述的法拉第旋转器由负
‑
负圆锥镜和磁场线圈组成，其中负
‑
负圆锥镜的两个负锥面为对称结构，即两个锥面的负锥角均为
δ
。
[0018]双波长激光的发射其中的两个波长为
λ1和
λ2，双波长激光
λ1和
λ2在负
‑
负圆锥镜中沿磁场方向传播距离分别为
d1和
d2，则附加适当磁感应强度
B
和调节
d1和
d2，即沿系统水平轴线向左移动负
‑
负圆锥镜时
d1和
d2增加，反之
d1和
d2减小
。
当
ρ
＝
90
°
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
磁光双波长可调谐涡旋空心激光器，其特征在于，包括光纤耦合输出的半导体激光阵列
(1)
，光纤耦合输出的半导体激光阵列
(1)
的光路上依次设有平凸透镜
(2)、
负圆锥透镜
(3)、
第一正圆锥镜
(4)、
激光增益介质
(5)、
平面镜
(6)、
第二正圆锥镜
(7)、
负
‑
负圆锥镜
(8)、
负圆锥镜
(10)
和第三正圆锥镜
(11)
，负
‑
负圆锥镜
(8)
上设有磁场线圈
(9)
；所述的光纤耦合输出的半导体激光阵列
(1)
为磁光双波长可调谐涡旋空心激光器的泵浦源；由平凸透镜
(2)、
负圆锥透镜
(3)
和第一正圆锥镜
(4)
组成泵浦光束耦合系统，产生聚焦圆环形光束用于激发涡旋相位激光在谐振腔内运转；所述平面镜
(6)
为双波长涡旋空心激光输出镜；所述第二正圆锥镜
(7)
为双波长色散圆锥镜；所述第一正圆锥镜
(4)
的锥面和第三正圆锥镜
(11)
的锥面构成双波长涡旋空心激光器的谐振腔；通过附加在负
‑
负圆锥镜
(8)
的磁场以及轴向调节负
‑
负圆锥镜
(8)
以改变双波长在腔内增益
‑
损耗平衡，从而实现激光波长调谐
。2.
根据权利要求1所述的磁光双波长可调谐涡旋空心激光器，其特征在于，所述的平凸透镜
(2)
为泵浦光束准直透镜
。3.
根据权利要求1所述的磁光双波长可调谐涡旋空心激光器，其特征在于，光束经过平凸透镜
(2)
准直后由负圆锥透镜
(3)
的锥面形成轴对称平行的发散光束，再经过负圆锥透镜
(3)
的凸面聚焦，不同方位的平行光束会聚一点，从2π
方向上看在轴锥透镜
(3)
焦平面上形成一个圆形的聚焦圆环，经过第一正圆锥镜
(4)
将聚焦圆环光束耦合到激光增益介质
(5)
中激发涡旋相位激光运转
。4.
根据权利要求1所述的磁光双波长可调谐涡旋空心激光器，其特征在于，激光传输方向与系统水平轴线平行，且由于双波长激光在第二正圆锥镜
(7)
锥面的色散折射后分成两束；所述的第二正圆锥镜
(7)
的锥角
γ
＝
π
‑2θ
B
，从第二正圆锥镜
(7)
锥面透射的激光为
P
波，其中
θ
B
为布儒斯特角，
tan
θ
B
＝
n
，
n
为第二正圆锥镜
(7)
的折射率；所述的负圆锥镜
(10)
和第二正圆锥镜
(7)
选取相同材料且锥角从负圆锥镜
(10)
的锥面折射的双波长激光传播方向平行
。5.
根据权利要求1所述的磁光双波长可调谐涡旋空心激光器，其特征在于，所述的第一正圆锥镜
(4)
和第三正圆锥镜
(11)
的锥角分别为
β
和
ω
，取
β

【专利技术属性】
技术研发人员：吕彦飞，阮俊英，李雨昭，夏菁，史衍丽，杨睿，
申请(专利权)人：云南大学，
类型：发明
国别省市：