双面模式光参量振荡器：实现高性能拉盖尔-高斯光源输出
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光参量振荡器（Optical parametric oscillator，OPO）能够有效地拓宽输出激光的频率范围，为高质量LG光束的宽带输出提供优秀的结合方案。我们可以通过两类不同的产生机制得到LG光源。一类是利用模式转换器件，将普通光参量振荡器输出的高斯光束转换为LG光束，然而由于模式转换器件的调制能力有限，这种方法得到的LG光束纯度较低。另一类方法则通过设计光参量振荡器使LG模式在谐振腔内振荡并直接输出，例如采用涡旋光束泵浦或者腔内模式转换，然而该方法在频率转换效率或模式纯度等方面仍有待提升。
基于此，南京大学张勇教授团队与中山大学魏敦钊副教授合作，在前期腔内模式转换理论和实验基础上，提出了一种Janus光参量振荡器设计方案，实现了拓扑荷可调谐LG模式高效率、高纯度的宽带输出。相关研究工作以“Generations of high-efficiency, high-purity, and broadband Laguerre-Gaussian modes from a Janus optical parametric oscillator”为题发表于Advanced Photonics Nexus 2023年第3期。
模式的平滑演化依赖于矢量涡旋波片与前腔镜之间的成像关系，这使得过程中造成的衍射损耗被大大降低；同时成像过程中对强度分布的重构，能够“主动”转换获得高纯度LG模式，无需在谐振腔内添加额外小孔，避免被动的模式过滤，进一步减小了谐振腔损耗。
研究人员搭建了Janus光参量振荡器，并对模式纯度、输出效率进行表征。通过使用不同的矢量涡旋波片，Janus光参量振荡器能够输出不同拓扑荷的LG光束。利用投影测量获得输出光束在不同标准LG模式中的比例，结果如图2所示，图像表明，当拓扑荷达到4时仍然能够保证输出的LG光束模式纯度达90%以上，证明Janus谐振腔具有应用于高阶LG模式激光输出的潜力。
光参量振荡器的宽带特性如图3所示，通过改变周期极化铌酸锂晶体的温度以及周期，Janus光参量振荡器的输出波长可以在1500 nm -1600 nm范围内调谐。在大部分波长范围，不同拓扑荷的LG光束输出效率能够达到10%以上，且波长调谐后所输出LG模式的纯度可以得到很好的保持。
魏敦钊, 分别于2012和2018年获得南京大学学士和博士学位，荣获江苏省光学青年科技奖。现为中山大学物理学院副教授，并获得广东省杰出青年基金项目资助。主要研究方向为微纳结构的非线性光学效应，及其在激光频率转换，光场调控，量子光源产生中的应用。研究成果发表在Nat. Photon., Light Sci. & Appl., Nature Commun.等高水平刊物上，总引用次数达到570。
张勇，南京大学教授，博导，国家优秀青年基金获得者，教育部新世纪人才。分别于2002年和2007年在南京大学获得学士学位和博士学位，2008年至2009年在美国Arkansas大学做博士后，2010年全职回到南京大学。主要研究铌酸锂微纳结构及其中的非线性和量子光学效应，在Nature, Nature Photon., Phys. Rev. Lett.，Nature Commun.等刊物发表论文100多篇。
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