N2+ 的结构化空气激光

结构光在科学和技术领域引起了极大兴趣。在此，我们展示了由 800 nm 飞秒激光脉冲驱动的 N2+ 中首次产生的结构化空气激光。通过在 N2 气体中聚焦 800 nm 的涡旋泵浦光束，我们产生了 N2+ 在 391 nm 处的涡旋超荧光辐射，其携带与泵浦光束相同的光子轨道角动量。注入 391 nm 的高斯种子光束后，相干辐射被放大，但涡旋性不变。在涡旋 N2+ 超荧光辐射中揭示了一个新的物理机制：涡旋泵浦光束将空间螺旋相位转移到 N2+ 增益介质中，高斯种子光束拾取该空间螺旋相位随后被放大为涡旋光束。此外，当我们采用具有柱矢量模式的泵浦光束时，高斯种子光束被相应地放大为柱矢量光束。令人惊讶的是，无论高斯种子光束是线偏振、椭圆偏振还是圆偏振，放大辐射的空间偏振态都与矢量泵浦光束相同。通过求解三维耦合波方程，我们展示了在高对称增益介质中高斯光束如何变为柱矢量光束。本研究为通过 N2+ 空气激光产生结构光提供了一种新方法。