运用DATARAY WincamLCM对拉曼旋涡光束进行光斑剖析的实例

  涡旋光束具有螺旋相位散布和轨道角动量（OAM）的特征，在先进的光学通讯、光学镊子、高分辨率成像和资料加工等范畴发挥着关键作用。跟着涡旋光束运用的不断推动，人们探究了多种涡旋激光生成办法，尽管外部生成技能一般运用特定光学元件对高斯光束进行相位调制来发生涡旋输出，但它们往往遭到低损害阈值和不完美制作的约束，因而导致功率输出下降、光束质量下降以及传输不安稳等问题。相反，激光振荡器内部的腔内涡旋发射经过控制腔模之间的增益和损耗差异来完结空心强度散布，然后能够在必定程度上完结高输出功率、超卓的光束质量和安稳才能。但是，这些首要触及传统的增益介质激光器，因为其吸收和发射光谱的约束，其波长扩展遭到约束。

  受激拉曼散射作为非线性光学效应，是完结激光波长转化的有用手法。可完结的激光波长规模由泵浦波长、拉曼频移以及激光介质的光谱传输规模所决议。因而，经过恰当挑选泵浦介质和拉曼介质，任何处于激光介质透明度规模内的波长都能被输出。金刚石拉曼激光的输出波长光谱现已包括从深紫外到可见光、近红外和中红外区域，到达了千瓦级的稳态功率水平。这一效果证明了金刚石拉曼激光器在旋涡光束波长扩展方面的潜力。

  本研讨选用了一种传统的驻波金刚石拉曼腔结构，并结合了离轴腔镜，直接经过一阶和级联拉曼转化发生了 1.2 微米和 1.5 微米的拉曼旋涡光束，最大输出功率分别为 42W和 22W。其间检测光斑的设备是DATARAY的LCM-1310设备。

  如图所示的试验设备选用了一台重复频率为 100 HZ、脉冲宽度约为 170 us的准接连波 1064 nm激光作为泵浦源。一个焦距为 100 mm的聚集透镜将泵浦光聚集在一块金刚石晶体的中心。同心的金刚石拉曼腔由一个输入耦合镜（IC）、金刚石晶体和一个输出耦合镜（OC）组成。在此，IC 的曲率半径为 50 mm，其在 1064 nm波利益具有高透射率涂层，在 1240 nm和 1485 nm波利益具有高反射率涂层。相同，OC 的曲率半径也为 50 mm，其针对第一和第二斯托克斯输出具有不一样的涂层参数，后续内容中会有更具体的阐明。这块金刚石晶体尺度为 2×2×7 立方毫米，其在 1064、1240 和 1485 nm波利益具有高透射率涂层，并坐落腔体的中心，该腔体长度约为 103 mm。聚集泵浦光和第一和第二斯托克斯光束在金刚石上的腰径分别为 30、45 和 49 us。在该试验中，经过调整偏轴透镜与 x-z 平面以及 y-z 平面之间的视点，完结了对钻石内部固有腔模的偏轴控制。

  一阶拉曼转化。经过核算和剖析，研讨团队选用了一种涂层资料，其在 1064 nm处具有高反射率，在 1485 nm处具有高透射率，在 1240 纳米处具有部分透射率（小于 0.5%）。这种挑选使得输出耦合强度低于一般在拉曼腔中运用的水平，这是出于对违背轴向腔镜所引进的明显几许损耗的考虑；它保证在试验可行的泵浦功率条件下完结安稳的高阶拉曼形式生成。当获得了拉曼激光发射后，经过一个滤波器后，运用DATARAY的LCM-1310设备，监测最大泵浦功率下的输出形式，一起将涂层歪斜，如图 a 所示。在共轴腔结构中，观察到具有高斯强度散布的拉曼激光输出，这标志着涂层的初始状况（0°）。将涂层在水平缓笔直平面上旋转，旋转视点为 0.117°，光学腔的进一步对角歪斜导致了 HG1,0 和 HG0,1 形式之间的彼此搅扰，然后在高斯概括的对角线上发生了四个对称散布的 LG 罗曼形式。在试验中，当腔镜的视点坚持不变时，金刚石的特别热功用保证输出形式不会随泵浦功率而改变。如图 b 所示。很明显，干与图画表现出螺旋相位特征，标明具有左旋和右旋（逆时针和顺时针）的旋光性。图 c 展现了运用光谱仪搜集的光谱，中心波长约为 1240 nm，满意在 1064 纳米泵浦条件下金刚石晶体的首阶罗曼输出波长的要求。

  为了进一步拓宽金刚石涡旋激光器的作业波长规模，本文对二阶金刚石拉曼涡旋激光器进行了试验，所选用的结构与之前的设备根本相同。图 a 展现了在最大泵浦功率下，经二阶斯托克斯滤波器后的输出光束形式，由 DataRay的类型是S-WCD-QD-2000-L测验。与一阶斯托克斯的成果共同，团队观察到在腔体准直条件下输出高斯形式，一起还有沿笔直、水平缓对角线轴对称散布的 HG 和 LG 形式。图 b 展现了相应的拉曼输出光谱，其插图显现了由剪切干与仪丈量的二阶 LG 拉曼光束的干与图样，相同表现出轨道角动量（OAM）。因而，经过第2次拉曼转化进程，团队成功地将 1064 纳米的高斯激光转化成了 1485 纳米的拉曼涡旋激光。

  综上所述，经过选用高斯光束作为泵浦源，并结合运用金刚石晶体的拉曼振荡器以及选用一种简略的离轴腔镜办法，本文初次完结了金刚石拉曼涡旋激光的直接发生。得益于金刚石晶体的杰出光学特性及研讨者提出的结构办法的简洁性，金刚石拉曼激光在拓宽涡旋光束的作业波段和输出功率方面具有开创性的含义。

  Dataray推出的LCM系列光束质量剖析仪尺度细巧，装备灵敏，并且在价格上具有性价比。

  WinCamD-LCM系列具有11.3 x 11.3 mm的有用感光区域、420万像素及5.5 x 5.5 μm的像素尺度，支撑大局快门的光学与电子触发，刷新率高达60Hz以上。该系列相机十分适合于接连激光与脉冲激光的光束剖析，可用波段包括355-1610nm。

  4.2MP超高分辨率（2048x2048）能捕捉精密光斑细节，一起最高60Hz的帧率能满意大多数实时监测需求，并装备大局快门，信噪比到达2500:1。

  Dataray的软件能够让用户快速快捷的进行光束质量因子M²的丈量，将LCM安装到电控导轨中，并将待测光束对准（牢记有必要进行衰减，不然简单损坏光束质量剖析仪）。

  然后，经过软件的功用，电控导轨会主动进行M²因子的丈量，并在丈量完毕之后进行核算。