随着近年来激光应用领域的不断拓展,许多新型的空间光场在实验上被实现,它们的振幅、相位、偏振、自旋等随空间位置的变化而变化。常见的有:空间相位随角度螺旋变化的涡旋光场,偏振态分布依赖于空间坐标的矢量光场,具有无衍射及自愈特性的贝塞尔光场等。这些新型光场具备的奇特性质使其在粒子操控、量子通信、量子计算、信息传递、超分辨成像、边缘增强成像、三维光场调控等方面都有应用。空间结构光场的产生方法包括采用Q-plate、叉形光栅、空间光调制器等模式转换器件,以及利用标准具、成对纳米线、双折射晶体进行腔内选模。然而,现有这些方法并不能完全满足产生高质量空间结构光束的需求。本论文基于新型激光腔内模式转换,直接产生可控、高效率、高纯、高阶空间结构光束(包括拉盖尔-高斯光束和柱对称矢量光束)的激光输出,具体内容如下:1.搭建了可产生LG00,LG10的激光的1064nm全固态激光器,以及产生l=1及l=2的柱对称矢量光的1064nm全固态激光器。我们采用了端面泵补的1064nm连续光激光器结构,利用平镜、凹镜、平镜的腔体结构组成谐振腔,精确控制腔内不同位置处的光斑大小。在产生拉盖尔-高斯光束时,使用了涡旋半波片进行腔内模式转换,同时采用法拉第旋光器、1/4波片、偏振分束镜等偏振选择元件等,使腔模满足自再现条件;在产生矢量光时,使用涡旋半波片及偏振分束镜使整个过程可逆。2.实现了拉盖尔高斯光束的空间模式测量和柱对称矢量光束的偏振纯度测量。测量空间模式时,基于计算全息方法,在空间光调制器上加载携带拉盖尔-高斯光束本征模式的相位图像,将产生的激光光束模式投影到各本征模式,从而测得空间模式纯度。测量偏振纯度时,利用1/2波片将水平、竖直、角向、反角向偏振分量转换成水平偏振并用分束器选出,采用1/4波片将左旋、右旋偏振分量转换成水平偏振并用分束器选出,然后基于斯托克斯量和偏振椭球求解偏振纯度。3.测量了激光参数,包括输出功率的泵补曲线,不同功率、偏振、位置处的光斑形状,光束质量因子,模式纯度,偏振纯度等,结果验证了空间结构光场的高质量激光输出。