近日，我院光纤器件与系统团队，利用渐变折射率光纤中的多模干涉制作了一种光纤光束整形器件并在光纤激光器中实现了横向模场的可调谐输出。相关研究成果以“Transverse mode switchable fiber laser with a multimodal interference-based beam shaper”为题发表在《Optics Letters》 (Optics Letters 48, 53-56 (2023))上。

激光目前被广泛应用到工业的诸多领域，例如激光加工、激光标刻、激光测量以及激光医疗等。通常由激光器发出的光束的空间强度分布为高斯型，然而在一些特殊领域，如激光打靶、激光光镊，需要将激光整形成均匀分布的光强或者环状涡旋光作为工作光束来保证最佳效果。因此，一个经济而有效光束整形器件对于激光输出尤为重要。针对这一难题，高伟清团队利用多模光纤中的多模干涉技术实现光场分布的有效调控，并将其应用于高阶模场光纤激光器中，实现了激光横向模场的可切换输出，为高功率激光光束整形、结构光场调控、制作高性能光纤器件提供了实验基础。

基于多模干涉的光束整形器件及光纤激光器结构，如下图（a）所示。高伟清研究团队系统模拟了渐变折射率多模光纤中的多模干涉效应，在以单模激光输入时，光场在渐变折射率多模光纤中传输如图（b）所示。由于多模干涉的存在，激光会周期性地汇聚或发散。利用这个特性，选择合适长度的渐变折射率多模光纤并施加可调节的应力，将有望实现激光的光束整形。实验中，将这种基于单模光纤-渐变折射率光纤-少模光纤结构的光束整形器，置于光纤激光器的谐振腔中，最终实现了光纤中基模与高阶模场的可切换输出，如图（c）所示。通过调节光纤光束整形器件，可以实现四种高质量涡旋光束的可切换输出，如图（d）所示。文章结合理论与实验，证明了渐变折射率多模光纤中多模干涉效应调控光场的可行性。

hbs红宝石平台讲师方文坛为论文第一作者，高伟清教授为论文通讯作者。该工作得到了科技部、基金委等项目的支持。

文章链接：https://opg.optica.org/ol/fulltext.cfm?uri=ol-48-1-53&id=524398

（a）光纤光束整形器及横模可切换光纤激光器结构。（b）光纤整形器中的传输光场。（c）横模可切换光纤激光器的输出特性。（d）输出的四种可切换涡旋光场。

文/方文坛 审核/高伟清