中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)王安廷團(tuán)隊(duì)提出了一種基于傾斜多模光纖布拉格光柵的高階模式可切換激光器',this.id)" style="cursor:pointer;border-bottom: 1px solid #FA891B;" id="rlt_1">光纖激光器，成功實(shí)現(xiàn)了超十種不同高階模式的可切換發(fā)射。相關(guān)研究成果于7月6日以“Switchable high-order transverse mode fiber laser with over ten distinct modes”為題發(fā)表在光學(xué)領(lǐng)域知名期刊《ACS Photonics》上。

在光電子技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，高階模式如線偏振(LP)模式和軌道角動(dòng)量(OAM)模式等正為光纖激光器注入全新活力。高階模式憑借獨(dú)特的相位、偏振和光強(qiáng)分布，已在粒子操縱、高分辨率顯微成像、材料加工、光通信和光傳感等領(lǐng)域展現(xiàn)出不可替代的價(jià)值。傳統(tǒng)技術(shù)中，超高階模式可切換光纖激光器通常依賴于空間光調(diào)制器，成本高昂且系統(tǒng)復(fù)雜。而傳統(tǒng)光纖型模式轉(zhuǎn)換器受限于自身結(jié)構(gòu)的耦合特性和嚴(yán)格的制造工藝，往往只能激發(fā)一階、二階橫向模式，難以突破“超高階”瓶頸。此外，當(dāng)前對(duì)高階模式的研究多聚焦于具有不同拓?fù)浜蓴?shù)(角向指數(shù))的OAM模式，對(duì)以多環(huán)形光場分布為特征的徑向高階OAM模式關(guān)注較少。值得注意的是，高階模式的階數(shù)與可切換性在提高系統(tǒng)和設(shè)備的性能方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，特別是具有角向與徑向雙重變化特性的高階模式，在大容量光通信、高靈敏度光傳感以及量子信息處理等領(lǐng)域展現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢。

研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將傾斜多模光纖布拉格光柵作為核心模式轉(zhuǎn)換元件，顯著提升了基模與高階模式之間的耦合效率，成功突破了傳統(tǒng)光纖型模式轉(zhuǎn)換器激發(fā)高階模式數(shù)目少的技術(shù)局限。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，該光纖激光器可有效激發(fā)12種不同的LP模式;通過偏振控制能進(jìn)一步獲得21種不同的OAM模式，其拓?fù)浜蓴?shù)可以為0、±1、±2、±3、±4和±5，徑向指數(shù)可以擴(kuò)展為1、2和3;通過波長調(diào)諧可實(shí)現(xiàn)不同模式間的快速穩(wěn)定切換。該技術(shù)摒棄了對(duì)昂貴空間光調(diào)制器的依賴，實(shí)現(xiàn)了集成化、低成本的高階模式靈活調(diào)控，為高階模式光纖激光器的實(shí)用化、產(chǎn)業(yè)化邁出了關(guān)鍵一步，也將助力徑向高階OAM模式的深入研究與表征，從而促進(jìn)渦旋光束在光學(xué)和光子學(xué)廣泛領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。

圖2.(a)徑向指數(shù)為1的OAM模式的光強(qiáng)分布及檢測結(jié)果;(b)徑向指數(shù)為2的OAM模式的光強(qiáng)分布及檢測結(jié)果;(c)徑向指數(shù)為3的OAM模式的光強(qiáng)分布及檢測結(jié)果。

中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)物理學(xué)院博士生桂磊為論文第一作者，王安廷為論文通訊作者。中國科學(xué)院安徽光學(xué)精密機(jī)械研究所桂華僑、上海理工大學(xué)詹其文為論文共同作者。本工作得到了國家自然科學(xué)基金委、科技部國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目支持。

審核編輯 黃宇