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厦门大学董俊教授课题组激光与应用光子学实验室通过控制矩形光的泵浦功率，在Yb:YAG/YVO4拉曼微片激光器中实现了高光学转换效率、多波长和阶数n从1到9之间可调的HG0,n激光输出，并利用像散模式转换器产生了高光束质量的涡旋激光，其拓扑荷数可高达9。具有五个波长的HG0,n拉曼激光的光学效率高达5.1%。
多波长振荡的高阶厄米特-高斯(HG)激光作为重要的结构光之一，在湍流通信、非线性衍射、光学超控微粒子、模分复用和太赫兹波等领域具有非常广阔的应用前景。此外，通过像散模式转换器产生的涡旋激光在光学捕获、量子通信和光通信等领域也有着广泛的应用。产生高阶HG0,n激光的方法主要有离轴泵浦、空间光调制器（SLM）和模式控制元件等方法。然而，这些方法产生的HG激光的模式阶数和转换效率都比较低，限制了HG激光的实际应用。因此，研制一种能够产生高光学转换效率、阶数可控的多波长高阶HG0,n激光和涡旋激光的激光器是实现太赫兹波、光学通信和微粒操控的一大需求。
厦门大学董俊教授课题组激光与应用光子学实验室针对这一问题，通过控制矩形泵浦光的形状和功率，在Yb:YAG/YVO4拉曼微片激光器中产生了多波长高阶HG0,n激光，并实现了模式阶数从1到9的灵活调控。利用940 nm单管激光器发出的矩形光泵浦Yb:YAG/YVO4拉曼微片激光器，获得了高光学转换效率的多波长阶数可控的高阶HG0,n激光输出，并通过像散模式转换器实现了多波长涡旋激光输出。相关结果发表在Annalen der Physik上。
研究人员通过构建矩形光泵浦的Yb:YAG/YVO4拉曼微片激光器，利用YVO4晶体259 cm-1的拉曼频移实现了多波长拉曼激光输出（图1）。通过控制矩形泵浦光的入射功率，实现了模式阶数n从1到9可调的高阶HG0,n激光输出（图2）。利用矩形光泵浦，使腔内增益与HG模式实现较好的模式匹配效应，提升了HG0,n拉曼激光输出的效率，其最大输出功率为137 mW，光学转换效率高达5.1%（图3）。研究人员还建立了Yb:YAG/YVO4拉曼微片激光器腔内模式阈值的理论模型，对产生的HG0,n激光模式阈值泵浦光功率进行了分析（图4）。通过像散模式转换器将HG0,n激光转换成LG0,n涡旋激光，实现了多波长高阶涡旋激光的输出（图5）。研究人员针对HG0,n和LG0,n激光光束质量因子的研究结果表明，实验获得的HG0,n和LG0,n激光具有非常好的光束质量（图5）。研究结果表明，使用矩形光泵浦的Yb:YAG/YVO4拉曼微片激光器可以实现高光学转换效率的多波长、阶数可控高阶HG0,n激光和LG0,n涡旋激光输出。本论文的研究成果为研制小型化拉曼微片激光器产生多波长高阶HG激光和涡旋激光输出提供了一种高效灵活方便的方法。