涡旋光束具有螺旋相位分布和轨道角动量（OAM）的特征，在先进的光学通信、光学镊子、高分辨率成像和材料加工等领域发挥着关键作用。随着涡旋光束应用的不断推进，人们探索了多种涡旋激光生成方法，虽然外部生成技术通常通过使用特定光学元件对高斯光束进行相位调制来产生涡旋输出，但它们往往受到低损伤阈值和不完美制造的限制，从而导致功率输出降低、光束质量下降以及传输不稳定等问题。相反，激光振荡器内部的腔内涡旋发射通过控制腔模之间的增益和损耗差异来实现空心强度分布，从而能够实现高输出功率、出色的光束质量和稳定性。然而，这些主要涉及传统的增益介质激光器，由于其吸收和发射光谱的限制，其波长扩展受到限制。

受激拉曼散射作为非线性光学效应，是实现激光波长转换的有效手段。可实现的激光波长范围由泵浦波长、拉曼频移以及激光介质的光谱传输范围所决定。因此，通过适当选择泵浦介质和拉曼介质，任何处于激光介质透明度范围内的波长都能被输出。金刚石拉曼激光的输出波长光谱现已涵盖从深紫外到可见光、近红外和中红外区域，达到了千瓦级的稳态功率水平。这一成果证实了金刚石拉曼激光器在旋涡光束波长扩展方面的潜力。

本研究采用了一种传统的驻波金刚石拉曼腔结构，并结合了离轴腔镜，直接通过一阶和级联拉曼转换产生了 1.2 微米和 1.5 微米的拉曼旋涡光束，最大输出功率分别为 42W和 22W。其中检测光斑的设备是DATARAY的LCM-1310设备。

如图所示的实验装置采用了一台重复频率为 100 HZ、脉冲宽度约为 170 us的准连续波 1064 nm激光作为泵浦源。一个焦距为 100 mm的聚焦透镜将泵浦光聚焦在一块金刚石晶体的中心。同心的金刚石拉曼腔由一个输入耦合镜（IC）、金刚石晶体和一个输出耦合镜（OC）组成。在此，IC 的曲率半径为 50 mm，其在 1064 nm波长处具有高透射率涂层，在 1240 nm和 1485 nm波长处具有高反射率涂层。同样，OC 的曲率半径也为 50 mm，其针对第一和第二斯托克斯输出具有不同的涂层参数，后续内容中会有更详细的说明。这块金刚石晶体尺寸为 2×2×7 立方毫米，其在 1064、1240 和 1485 nm波长处具有高透射率涂层，并位于腔体的中心，该腔体长度约为 103 mm。聚焦泵浦光和第一和第二斯托克斯光束在金刚石上的腰径分别为 30、45 和 49 us。在该实验中，通过调整偏轴透镜与 x-z 平面以及 y-z 平面之间的角度，实现了对钻石内部固有腔模的偏轴操控。

一阶拉曼转换。经过计算和分析，我们选用了一种涂层材料，其在 1064 nm处具有高反射率，在 1485 nm处具有高透射率，在 1240 纳米处具有部分透射率（小于 0.5%）。这种选择使得输出耦合强度低于通常在拉曼腔中使用的水平，这是出于对偏离轴向腔镜所引入的显著几何损耗的考虑；它确保在实验可行的泵浦功率条件下实现稳定的高阶拉曼模式生成。当获得了拉曼激光发射后，通过一个滤波器后，使用DATARAY的LCM-1310设备，监测最大泵浦功率下的输出模式，同时将涂层倾斜，如图 a 所示。在共轴腔结构中，观察到具有高斯强度分布的拉曼激光输出，这标志着涂层的初始状态（0°）。将涂层在水平和垂直平面上旋转，旋转角度为 0.117°，光学腔的进一步对角倾斜导致了 HG1,0 和 HG0,1 模式之间的相互干扰，从而在高斯轮廓的对角线上产生了四个对称分布的 LG 罗曼模式。在实验中，当腔镜的角度保持不变时，金刚石的特殊热性能确保输出模式不会随泵浦功率而变化。如图 b 所示。很明显，干涉图案表现出螺旋相位特征，表明具有左旋和右旋（逆时针和顺时针）的旋光性。图 c 展示了使用光谱仪收集的光谱，中心波长约为 1240 nm，满足在 1064 纳米泵浦条件下金刚石晶体的首阶罗曼输出波长的要求。
一阶拉曼转换。经过计算和分析，我们选用了一种涂层材料，其在 1064 nm处具有高反射率，在 1485 nm处具有高透射率，在 1240 纳米处具有部分透射率（小于 0.5%）。这种选择使得输出耦合强度低于通常在拉曼腔中使用的水平，这是出于对偏离轴向腔镜所引入的显著几何损耗的考虑；它确保在实验可行的泵浦功率条件下实现稳定的高阶拉曼模式生成。当获得了拉曼激光发射后，通过一个滤波器后，使用DATARAY的LCM-1310设备，监测最大泵浦功率下的输出模式，同时将涂层倾斜，如图 a 所示。在共轴腔结构中，观察到具有高斯强度分布的拉曼激光输出，这标志着涂层的初始状态（0°）。将涂层在水平和垂直平面上旋转，旋转角度为 0.117°，光学腔的进一步对角倾斜导致了 HG1,0 和 HG0,1 模式之间的相互干扰，从而在高斯轮廓的对角线上产生了四个对称分布的 LG 罗曼模式。在实验中，当腔镜的角度保持不变时，金刚石的特殊热性能确保输出模式不会随泵浦功率而变化。如图 b 所示。很明显，干涉图案表现出螺旋相位特征，表明具有左旋和右旋（逆时针和顺时针）的旋光性。图 c 展示了使用光谱仪收集的光谱，中心波长约为 1240 nm，满足在 1064 纳米泵浦条件下金刚石晶体的首阶罗曼输出波长的要求。

参考文献

Chen H, Bai Z, Chen J, Li X, Zhu Z-H, Wang Y, et al. Diamond Raman Vortex Lasers. ACS Photonics 2025; 12(2):864-869.

Dataray推出的LCM系列光束质量分析仪尺寸小巧，配置灵活，并且在价格上具有性价比。

 

WinCamD-LCM系列拥有11.3 x 11.3 mm的有效感光区域、420万像素及5.5 x 5.5 μm的像素尺寸，支持全局快门的光学与电子触发，刷新率高达60Hz以上。该系列相机特别适用于连续激光与脉冲激光的光束分析，可用波段涵盖355-1610nm。

 

4.2MP超高分辨率（2048x2048）能捕捉精细光斑细节，同时最高60Hz的帧率能满足大多数实时监测需求，并配置全局快门，信噪比达到2500:1。

 

Dataray的软件可以让用户快速便捷的进行光束质量因子M²的测量，将LCM安装到电控导轨中，并将待测光束对准（切记需要进行衰减，否则容易损坏光束质量分析仪）。