創(chuàng)新點(diǎn)：廈門大學(xué)董俊教授課題組激光與應(yīng)用光子學(xué)實(shí)驗(yàn)室通過(guò)控制a-切割YVO 4 晶體的晶向以及入射泵浦功率的大小，在Nd:YAG/Cr 4+ :YAG/YVO 4 被動(dòng)調(diào)Q拉曼微片激光器中獲得了1166 nm和1176 nm功率強(qiáng)度比例及偏振橢圓度可調(diào)控的高峰值功率雙波長(zhǎng)拉曼激光輸出。

圖1. 被動(dòng)調(diào)Q拉曼微片激光器中YVO 4 晶體不同旋轉(zhuǎn)角度ϕ所對(duì)應(yīng)的光譜圖：(a) ϕ = 0°，1166 nm拉曼光振蕩；(b) ϕ = 30°，(c) ϕ = 45°，(d) ϕ = 60°，1166 nm和1176 nm雙波長(zhǎng)拉曼光同時(shí)振蕩；€ ϕ = 90°，1176 nm拉曼光振蕩�；�頻光在所有情況下均有振蕩。

圖2. 當(dāng)入射泵浦功率為5 W時(shí)，被動(dòng)調(diào)Q拉曼微片激光器產(chǎn)生的1166 nm和1176 nm拉曼光強(qiáng)度占比與角度ϕ的關(guān)系。藍(lán)線和紅線分別對(duì)應(yīng)1166 nm和1176 nm拉曼激光強(qiáng)度占比隨ϕ變化的擬合曲線。

圖3. 在不同入射泵浦功率（a：Pin= 2.5 W，c：Pin= 5 W）下，三種典型a-切割YVO 4 晶體旋轉(zhuǎn)角度所產(chǎn)生的拉曼激光經(jīng)過(guò)線偏振片后的歸一化透射功率強(qiáng)度，實(shí)線為擬合曲線；b，d分別對(duì)應(yīng)a和c，重建了a-切割YVO 4 晶體在不同旋轉(zhuǎn)角度下的橢圓偏振拉曼激光的偏振軌跡。

圖4. 在兩種Pin情況下，橢圓偏振拉曼激光偏振度隨角度ϕ的變化。兩條實(shí)線為使用正弦平方函數(shù)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行的擬合得到的擬合曲線。

圖5. 當(dāng)入射泵浦功率為5 W時(shí)，a：拉曼激光脈沖序列；b：拉曼激光脈沖與殘余基頻光脈沖波形。

橢圓偏振的雙波長(zhǎng)激光在材料科學(xué)、光學(xué)檢測(cè)、光學(xué)分析、太赫茲波的產(chǎn)生等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用前景。特別是具有小頻率間隔的高峰值功率雙波長(zhǎng)激光是產(chǎn)生太赫茲波的理想光源。靈活操控橢圓偏振激光的橢圓度及方位角，在分子捕獲、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域也有著廣泛應(yīng)用。然而，現(xiàn)有的拉曼激光器對(duì)于輸出雙波長(zhǎng)拉曼光的強(qiáng)度占比以及偏振態(tài)的控制方面難以實(shí)現(xiàn)靈活操控和轉(zhuǎn)換。因此，研制一種能夠產(chǎn)生高峰值功率的雙波長(zhǎng)激光輸出，并且能靈活控制輸出激光的橢圓偏振態(tài)以及兩個(gè)波長(zhǎng)之間的功率強(qiáng)度比例的激光器，是實(shí)現(xiàn)有效的太赫茲波產(chǎn)生、高精度光學(xué)檢測(cè)及微粒操控的一大需求。

廈門大學(xué)董俊教授課題組激光與應(yīng)用光子學(xué)實(shí)驗(yàn)室針對(duì)這一問題，通過(guò)調(diào)節(jié)a-切割YVO 4 晶體取向和泵浦光功率，在被動(dòng)調(diào)Q拉曼微片激光器中實(shí)現(xiàn)了對(duì)雙波長(zhǎng)拉曼激光的強(qiáng)度占比、橢圓偏振態(tài)的靈活調(diào)控。利用808 nm激光二極管泵浦Nd:YAG/Cr 4+ :YAG/YVO 4 被動(dòng)調(diào)Q拉曼微片激光器，通過(guò)旋轉(zhuǎn)a-切割YVO 4 晶體，研究了雙波長(zhǎng)拉曼激光強(qiáng)度占比和橢圓偏振與a-切割YVO 4 晶體取向的關(guān)系，獲得了高峰值功率、功率強(qiáng)度比例及偏振橢圓度可調(diào)控的雙波長(zhǎng)拉曼激光輸出。相關(guān)結(jié)果發(fā)表在 Advanced Quantum Technologies 上。

研究人員通過(guò)搭建Nd:YAG/Cr 4+ :YAG/YVO 4 被動(dòng)調(diào)Q拉曼微片激光器，利用YVO 4 晶體的兩個(gè)拉曼頻移（816 cm -1 和890 cm -1 ）實(shí)現(xiàn)了1166 nm和1176 nm的雙波長(zhǎng)拉曼激光輸出（圖1）。通過(guò)改變腔內(nèi)橢圓偏振基頻光的長(zhǎng)軸方向與a-切割YVO 4 晶體的a-軸之間的角度，可以靈活調(diào)節(jié)1166 nm及1176 nm拉曼光的功率強(qiáng)度占比，可以將1166 nm拉曼光的強(qiáng)度在總拉曼光的強(qiáng)度中的占比從1調(diào)整至0，相應(yīng)地也可以將1176 nm拉曼光的強(qiáng)度在總拉曼光的強(qiáng)度中的占比從0調(diào)整至1（圖2）。橢圓偏振雙波長(zhǎng)拉曼激光的橢圓度及方位角也可以通過(guò)改變?nèi)肷浔闷止β室约癮-切割YVO 4 晶體取向來(lái)靈活調(diào)節(jié)（圖3）。通過(guò)調(diào)節(jié)入射泵浦光功率的大小以及a-切割YVO 4 晶體的旋轉(zhuǎn)角度，可以實(shí)現(xiàn)橢圓度的變化范圍為0.3至0.91（圖4）。當(dāng)入射泵浦功率達(dá)到5 W時(shí)，獲得拉曼激光的最大平均輸出功率為138 mW，此時(shí)，激光脈沖的峰值功率為6.4 kW、脈寬為1.5 ns、拉曼脈沖重復(fù)頻率為14.3 kHz（圖5）。研究結(jié)果表明，通過(guò)調(diào)控a-切割YVO 4 晶體的取向以及入射泵浦光功率可以在Nd:YAG/Cr 4+ :YAG/YVO 4 被動(dòng)調(diào)Q拉曼微片激光器中獲得功率強(qiáng)度占比及橢圓偏振態(tài)可控的高峰值功率雙波長(zhǎng)拉曼激光輸出。本論文的研究成果為研制小型化被動(dòng)調(diào)Q拉曼微片激光器產(chǎn)生功率強(qiáng)度占比及橢圓偏振度可控的高峰值功率雙波長(zhǎng)拉曼激光輸出提供了一種簡(jiǎn)潔和靈活的方法。

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