然而，現(xiàn)有離軸泵浦HG模式激光的研究主要局限于一維模式——僅能通過改變泵浦光的位置調控兩個模式序數中的一個（HGm,0或HG0,n）。即使在兩個正交方向同時引入泵浦光離軸偏移，也只能激發(fā)傾斜的一維HG模式，而非二維HGm,n模式。

       為實現(xiàn)二維HGm,n模式激光輸出，研究人員通常采用多路泵浦光或空間調制泵浦光對增益區(qū)域進行精確控制，或借助腔內柱透鏡變換以及將諧振腔調偏等方法。但這些方案的實現(xiàn)過程較為復雜，也難以獲得很高階模式的激光輸出。目前有源方法和無源方法產生的高階二維HGm,n模式分別是基于數字微鏡陣列調制泵浦光實現(xiàn)的HG27,25模式，以及基于空間光調制器產生的HG25,25模式，轉換效率均低于1%。

       二維離軸泵浦難以產生二維HGm,n模式的主要原因在于傾斜一維HG模式的競爭。當諧振腔具有圓柱對稱性時，沿任意方向的傾斜一維HG模式都是諧振腔的本征模，二維的離軸泵浦等價于坐標變換后的一維離軸泵浦。由于一維HG模式的能量分布相比二維HGm,n模式更為集中，具有更高的泵浦交疊，因此會先于二維HGm,n起振。

       基于該思路，設計了折疊腔結構實驗方案（圖1），利用凹面折疊鏡在子午面和弧矢面有效焦距各自隨入射角變化的特性引入像散。相較于使用柱面光學元件引入像散，折疊腔的像散程度可通過改變折疊角進行主動調節(jié)，靈活性更高。引入像散后，諧振腔的本征模被限定為沿兩個像散對稱軸方向（x和y方向）的HG模式，而傾斜HG模式不能自再現(xiàn)，也就消除了競爭，使得簡單的二維離軸泵浦能夠直接激發(fā)二維的HGm,n模式。

圖1 產生高階二維HG模式激光的離軸泵浦像散折疊腔激光器光路示意圖

       實驗中通過微調泵浦耦合器所在的位移臺，精確調節(jié)泵浦光在x和y方向上相對諧振腔光軸的偏移量，成功實現(xiàn)了兩個模式序數均可靈活調控的二維HGm,n模式激光輸出（圖2）。

圖2 實驗中用CCD相機記錄的典型高階二維HG模式激光的光斑

       實驗中模式階次隨泵浦光位置的變化規(guī)律與基于交疊積分計算得到理論預期一致。當878.6 nm泵浦光功率2 W時，1064 nm Nd:YVO4激光器在Δx=Δy=1.9 mm（~13.6倍基模光斑半徑）時實現(xiàn)了高達HG214,216的超高階輸出。HG214,216的閾值僅為1.74 W，斜效率為13.4%。這是實現(xiàn)超高階的二維HG模式光束，也是主動方法產生的高階模式激光（HGm,n模式階數N=m+n，LGp,l 模式階數N=2p+l，此前公開報道中主動方法產生的階模式激光為該課題組利用腔內球差選模產生的LG0,355）。

參考文獻： 中國光學期刊網

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