在現代光學研究中，光的軌道角動量（OAM）作為一種重要的光場特性，正在不斷推動光學技術的發展。軌道角動量激光器因其獨特的物理特性和廣泛的應用前景，成為光學領域的研究熱點。然而，如何在高功率條件下實現高純度的軌道角動量態，一直是困擾研究人員的難題。本文將詳細介紹一種新的解決方案，通過單晶光纖激光器和螺旋面輸出耦合器的結合，實現了高功率、高純度的標量軌道角動量態的可控產生。

    一、軌道角動量激光器的挑戰
    模式簡并與手性選擇：在傳統的軌道角動量激光器中，由于模式簡并和手性選擇的限制，很難實現高純度的軌道角動量態.
    非線性熱效應：高功率運行時，非線性熱效應會導致激光器性能下降，影響軌道角動量態的穩定性和純度.

    二、軌道角動量激光器的機遇
    光與物質相互作用的新領域：高純度的軌道角動量激光器能夠在光學操縱、光通信和量子光學等領域開辟新的應用前景.
    提升光的傳輸能力：通過增加光的軌道角動量，可以顯著提高光的傳輸能力，為高維量子光學和自由空間光通信提供新的技術手段.

    三、單晶光纖激光器的優勢
    1.高增益特性：單晶光纖具有高增益特性，能夠在高功率條件下提供穩定的激光輸出.
    2.良好的熱管理：單晶光纖的高表面積與體積比，使其在高功率運行時具有良好的熱管理能力，有效減少熱效應的影響.

    三、螺旋面輸出耦合器的設計
    精確控制軌道角動量態：通過設計具有特定相位結構的螺旋面輸出耦合器，可以精確控制輸出激光的軌道角動量態，實現高純度的標量軌道角動量態.
    靈活的拓撲荷選擇：螺旋面輸出耦合器的相位結構可以根據需要進行調整，理論上可以產生任意拓撲荷的軌道角動量態.

    四、實驗結果與分析
    創紀錄的功率水平：實驗中使用L=1的螺旋面輸出耦合器，實現了63.3W的最大功率輸出，斜率效率達到67%，這是迄今為止標量軌道角動量激光源的最高功率水平.
    高階態的實現：通過更換L=8的螺旋面輸出耦合器，成功實現了軌道角動量=8?的渦旋激光器，最大功率超過44W.
    高純度的軌道角動量態：通過模態分解分析，實驗結果表明，生成的軌道角動量光束具有高純度，l=1和l=8模式的模態加權分別約為93%和92%.
    穩定的運行狀態：在整個功率范圍內，渦旋激光運行穩定，遠場和近場中清晰的環形強度分布表明了其高純度和穩定性.

    五、應用前景
    光學操縱：高純度的軌道角動量激光器可以在光學操縱中施加更大的扭矩，捕獲和操控微粒，推動光學微納操控技術的發展.
    光通信：在自由空間光通信中，軌道角動量激光器可以顯著提高光的傳輸容量，為高帶寬通信提供新的解決方案.
    量子光學：在量子光學領域，軌道角動量激光器可以用于實現高維量子態的制備和傳輸，推動量子信息科學的進步.
    進一步提升功率：通過優化激光器結構和材料，進一步提升軌道角動量激光器的功率水平，滿足更高功率應用的需求.
    拓展應用領域：探索軌道角動量激光器在其他領域的應用，如光學成像、光學傳感等，推動相關技術的創新和發展.

    通過單晶光纖激光器和螺旋面輸出耦合器的結合，實現了高功率、高純度的標量軌道角動量態的可控產生，為光學技術的發展提供了新的動力。這項研究成果不僅在理論上具有重要意義，而且在實際應用中具有廣闊的前景。未來，隨著技術的不斷進步，軌道角動量激光器將在更多領域發揮重要作用，推動光學技術的不斷創新和發展.