近日，物理与电子工程学院杨曦凝教授团队在国际学术期刊《Applied Sciences-Basel》（JCR Q1，IF =2.5）上发表了题为“Optical Vortex-Pumped KTiOAsO4 Narrow-Linewidth Picosecond-Pulsed Parametric Oscillator”的学术论文。该论文的通讯作者为杨曦凝教授，2022级光学专业研究生焦夏卓为第一作者，新疆师范大学为第一完成单位。
光学漩涡具有环形空间形式，其螺旋波面（以拓扑电荷l为整数）产生轨道角动量（OAM），已在光镊和材料加工等多个研究领域得到广泛研究。对光学漩涡的研究主要集中在近红外和可见光区域，而非线性光学转换过程已被证明是扩展光学漩涡波长的最直接方法。尤其是光学参量振荡器（OPO），它已成为在所有时间尺度上实现从紫外到中红外区域相干辐射的实用方法。
本文介绍了一种皮秒脉冲光涡旋参量振荡器，可产生高功率、窄光谱带宽的近红外和中红外光涡旋输出。该系统由 KTiOAsO4（KTA）晶体和由五个反射镜组成的Z形驻波腔组成，以实现泵浦场的OAM向信号场和闲频场的转移。我们还通过调整聚焦泵浦场的平凹透镜的位置，研究了信号共振KTA光参量振荡器内的OAM传输机制。我们发现，只需延长或缩短平凹透镜与输入镜的位置，就能将泵浦光束的OAM选择性地传输到信号场和闲频场。在最大泵浦能量为17 W时，我们分别获得了2.95 W的1535 nm近红外涡旋输出和1.24 W的3468 nm中红外涡旋输出。它们对应的光转换效率分别为29.1%和12.3%。
图1 皮秒涡旋光泵浦的KTA光参量振荡器的实验装置图
图2 输出参量光的空间强度分布图
图3 输出性能测试图
该研究工作得到了新疆维吾尔自治区自然科学基金（2022D01A221）、中国博士后科学基金（2021MD703833）、教育部产学合作协同育人计划（23110409093007）、黑龙江省博士后基金（LBH-Z21206）和新疆维吾尔自治区人才发展基金“天池人才”引进计划的支持。
论文链接：https://doi.org/10.3390/app15020539