Optiska virvlar, kännetecknas av en spiralformad fasfront och munkformad intensitetsfördelning, bidra till ett brett spektrum av tillämpningar, från mikroskopi till optisk kommunikation. Och tillämpningar för optiska virvlar ökar. Så, vad är det bästa sättet att generera optiska virvlar? Aktiva, direkt emission från en laserkavitet anses vara en av de bästa metoderna. För applikationer inom kvantoptik och superupplöst bildbehandling, en laserkälla som kan generera virvlar över ett brett spektralområde är väsentlig.

Optiska parametriska oscillatorer (OPO) kan generera bredbandsavstämbar strålning från UV till infraröd. Bland OPOs, de som pumpas från femtosekundsfiberlasrar ger avstämbara ultrasnabba pulser med formidabel prestanda:hög repetitionsfrekvens, hög uteffekt, och bred våglängdstäckning. Som det visar sig, femtosekund OPO är också det bästa sättet att generera våglängdsavstämbara optiska virvlar.

Dual-beam-mode OPO, två kanaler

Minglie Hu från Ultrafast Laser Laboratory vid Tianjin University noterar att medan en enkanalig virvelstrålegenerator kan erbjuda dataöverföringskapacitet och fångstförmåga för att erhålla avstämbar terahertzstrålning, dubbelkanalsgeneratorer har den förmågan, plus fördelen med att generera två olika typer av balkar för ett bredare spektrum av applikationer. "Två ömsesidigt inkoherenta källor med en gaussisk stråle och en virvelstråle kan bryta Rayleighs diffraktionsgräns, som kan användas för superupplösningsbilder, så en tvåkanalig virvelstrålegenerator är mest önskvärd, säger Hu.

Hu och hans team utvecklade nyligen en två-kanal, dubbelpumpad OPO-konfiguration som kan ge dubbla våglängder, lägen med dubbla strålar som kan ställas in över telekommunikationsbandet. Relaterade forskningsresultat redovisas i Avancerad fotonik .

De uppnår dubbelvåglängdsdrift genom att stimulera två intilliggande perioder av en periodiskt polad litiumniobatkristall i en ytterbiumdopad fiberlaseruppsättning. Strukturen säkerställer att två oberoende avstämbara par av signaler kan synkroniseras med pumpen och oscillera samtidigt.

OPO-kavitetskonfigurationen kan delas in i två kanaler:en för att generera gaussiska strålar och den andra för att generera en mängd olika virvelstrålar. Hu förklarar, "Vortexbalkar med olika ordningsföljder skapas genom att byta ut q-plattan." Hu noterar att q-plattan är tillräckligt tunn så att eventuell dispersion som införs är försumbar. Den resulterande OPO genererar två signaler som kan avstämmas över 1520–1613 nm och 1490–1549 nm, respektive.

Hu och hans team hoppas att den föreslagna metoden med sin enkla, ekonomisk kavitetsdesign kommer att erbjuda ett bekvämt sätt att generera optiska virvlar i dubbelstråleläge. De räknar med att det kan ge en plattform för superupplöst bildbehandling, olinjär optik, flerdimensionell kvantintrassling, och mer.