De afgelopen jaren hebben optische wervels uitgebreide aandacht getrokken in de geavanceerde laserproductie vanwege hun jaarlijkse intensiteitsverdeling en orbitaal hoekmomentum.

Vergeleken met de Gauss-straal met fundamentele transversale modus als lichtbron voor laserablatie en fabricage, kan de vortexbundel een gladder ablatief oppervlak genereren, en kan het orbitale hoekmoment dat door de vortexbundel wordt gedragen, worden overgebracht naar het bewerkingsmateriaal om de spiraal te vervaardigen. micro-nanostructuur met verstelbare handeigenschappen.

Vortexbundels met hoog vermogen spelen een belangrijke rol bij het verbeteren van de efficiëntie van laserproductie en het onthullen van de wet van de interactie tussen licht en materie onder extreme omstandigheden. Hoe je een stabiele en betrouwbare methode kunt verkennen om vortexlicht met hoog vermogen te genereren, is een actueel onderzoeksonderwerp op aanverwante gebieden geworden.

Momenteel is het moeilijk om wervellicht met hoog vermogen en een hoge straalkwaliteit te genereren door gebruik te maken van de conversiemethode voor externe holtemodus vanwege de beperkingen van de operationele golflengteband van het faseapparaat, de lage drempel voor schade aan het vermogen en het apparaatdefect. Een rechtstreeks in de spouw gegenereerde wervelstraal heeft de voordelen van een goede transmissiestabiliteit en een hoge straalkwaliteit.

Momenteel is het door de intracavity-methode gegenereerde vortexlicht voornamelijk gebaseerd op de volledig vastestoflaser en fiberlaser. Vanwege het thermische effect en de lage schadedrempel ligt het uitgangsvermogen van de gegenereerde vortexbundel meestal in de orde van watt, met het hoogste vermogen tot ~30W. Het vereist de ontwikkeling van een nieuwe methode voor het direct genereren van de vortexbundels in de holte met een hoog uitgangsvermogen.

Dunne schijflasers vertonen grote voordelen bij het genereren van lasers met hoog vermogen vanwege de speciale structuur met een groot pomppuntoppervlak en een hoge warmtedissipatie-efficiëntie. De combinatie van dunne schijftechnologie en vortexlichtgeneratie biedt een nieuwe methode om de vortexlaserbron met hoge prestaties te ontwikkelen.

In een artikel gepubliceerd in Light:Advanced Manufacturing heeft een team van wetenschappers, onder leiding van professor Jinwei Zhang van de School of Optical and Electronic Information en het Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, China en collega's, een dunne schijfoscillator gebouwd om optische vortex met hoog vermogen te genereren straal gebaseerd op de transversale moduscompetitie en controle.

Door de grootte van de lichtvlek in de holte te veranderen, oscilleert de transversale modus van hoge orde eerst vanwege de lage versterkingsdrempel en wordt dominant in de holte, waardoor de oscillatie van de fundamentele modus wordt onderdrukt. Het experimentele apparaat kan in twee delen worden verdeeld:de dunne schijfwerveloscillator die wordt gebruikt om wervellicht met een hoog uitgangsvermogen te genereren, en de Mach-Zender-interferometer die wordt gebruikt om de helixfasekarakteristieken te detecteren.

Door de positie van het stabiele gebied van de resonator te veranderen, kan de grootte van de laservlek van de fundamentele modus op de schijf worden aangepast. In dit geval kan de versterking van elke ordermodus worden geregeld.

In het experiment werd de Laguerre Gaussiaanse (LG)-modus van de eerste orde zo geregeld dat deze de laagste oscillatiedrempel had, die de oscillatie in de holte domineerde en een hoog uitgangsvermogen bereikte. Om de controle over chirale eigenschappen te bereiken, werd een gecoate plaat van gesmolten silica in de holte toegevoegd om de transmissiesymmetrie van positief en negatief chiraal vortexlicht te vernietigen, waardoor de controle van chirale eigenschappen mogelijk werd door de hoek van de plaat af te stemmen.

Het effect van de spotgrootte op de modusconcurrentie werd onderzocht door de versterkingsintegraal van elke orde transversale modus onder verschillende spotgroottes op de schijf te simuleren.

De simulatieresultaten laten zien dat een LG-bundel van een bepaalde orde een hogere versterkingsintegraal kan hebben dan transversale modi van andere orde door de grootte van de fundamentele modusvlek te veranderen, en deze modus domineert de holte.

In het experiment werd eerste-orde vortexlicht met het hoogste vermogen van 100 W en uitstekende bundelkwaliteiten verkregen, en werden de spiraalfase-eigenschappen gekarakteriseerd. Deze krachtige vortexlaser verbetert de efficiëntie en flexibiliteit van de materiaalverwerking en maakt de weg vrij voor het verkennen van nieuwe parameterruimten die verband houden met gestructureerd licht.

Meer informatie: Hongshan Chen et al, 100 W Yb:YAG dunne schijf vortex laseroscillator, Licht:geavanceerde productie (2023). DOI:10.37188/lam.2023.040

Aangeboden door de Chinese Academie van Wetenschappen