中國科學技術大學王安廷團隊提出了一種基於(yu) 傾(qing) 斜多模光纖布拉格光柵的高階模式可切換光纖激光器，成功實現了超十種不同高階模式的可切換發射。相關(guan) 研究成果於(yu) 7月6日以“Switchable high-order transverse mode fiber laser with over ten distinct modes”為(wei) 題發表在光學領域知名期刊《ACS Photonics》上。

圖1.超十種高階模式可切換光纖激光器

在光電子技術飛速發展的背景下，高階模式如線偏振（LP）模式和軌道角動量（OAM）模式等正為(wei) 光纖激光器注入全新活力。高階模式憑借獨特的相位、偏振和光強分布，已在粒子操縱、高分辨率顯微成像、材料加工、光通信和光傳(chuan) 感等領域展現出不可替代的價(jia) 值。傳(chuan) 統技術中，超高階模式可切換光纖激光器通常依賴於(yu) 空間光調製器，成本高昂且係統複雜。而傳(chuan) 統光纖型模式轉換器受限於(yu) 自身結構的耦合特性和嚴(yan) 格的製造工藝，往往隻能激發一階、二階橫向模式，難以突破“超高階”瓶頸。此外，當前對高階模式的研究多聚焦於(yu) 具有不同拓撲荷數（角向指數）的OAM模式，對以多環形光場分布為(wei) 特征的徑向高階OAM模式關(guan) 注較少。值得注意的是，高階模式的階數與(yu) 可切換性在提高係統和設備的性能方麵發揮著至關(guan) 重要的作用，特別是具有角向與(yu) 徑向雙重變化特性的高階模式，在大容量光通信、高靈敏度光傳(chuan) 感以及量子信息處理等領域展現出獨特優(you) 勢。

研究團隊創新性地將傾(qing) 斜多模光纖布拉格光柵作為(wei) 核心模式轉換元件，顯著提升了基模與(yu) 高階模式之間的耦合效率，成功突破了傳(chuan) 統光纖型模式轉換器激發高階模式數目少的技術局限。實驗證實，該光纖激光器可有效激發12種不同的LP模式；通過偏振控製能進一步獲得21種不同的OAM模式，其拓撲荷數可以為(wei) 0、±1、±2、±3、±4和±5，徑向指數可以擴展為(wei) 1、2和3；通過波長調諧可實現不同模式間的快速穩定切換。該技術摒棄了對昂貴空間光調製器的依賴，實現了集成化、低成本的高階模式靈活調控，為(wei) 高階模式光纖激光器的實用化、產(chan) 業(ye) 化邁出了關(guan) 鍵一步，也將助力徑向高階OAM模式的深入研究與(yu) 表征，從(cong) 而促進渦旋光束在光學和光子學廣泛領域的進一步發展。

圖2.（a）徑向指數為(wei) 1的OAM模式的光強分布及檢測結果；（b）徑向指數為(wei) 2的OAM模式的光強分布及檢測結果；（c）徑向指數為(wei) 3的OAM模式的光強分布及檢測結果。

中國科學技術大學物理學院博士生桂磊為(wei) 論文第一作者，王安廷為(wei) 論文通訊作者。中國科學院安徽光學精密機械研究所桂華僑(qiao) 、上海理工大學詹其文為(wei) 論文共同作者。本工作得到了國家自然科學基金委、科技部國家重點研發計劃等項目支持。