Light with transverse polarization structures, such as radial and azimuthal polarization, enables and revives lots of applications based on a light-matter interaction due to its unique focal properties. To date, studies referring to this topic mainly concentrate on a weak-light domain, yet it should have gained more attention in a high-energy domain. Here, we demonstrate the generation of strong single-longitudinal-mode (SLM) cylindrical vector (CV) short pulses via stimulated Brillouin amplification. As a proof-of-principle work, the energy is transferred from a pair of 700 ps pumps to a 300 ps Stokes pulse via parametrically exciting coherent phonons in fluorocarbon liquid. After amplification, a 100 mJ-level SLM CV pulse light with 300 ps duration is obtained. Meanwhile, the phase and polarization structures are high fidelity maintained. This result provides a practicable way to generate strong CV light, and by further extending this mechanism into the beam combination system, even an ultra-high intensity CV light can be expected.

1.
A. M.
Yao
and
M. J.
Padgett
,
Adv. Opt. Photonics
3
,
161
(
2011
).
2.
J. P.
Torres
and
L.
Torner
,
Twisted Photons: Applications of Light with Orbital Angular Momentum
(
John Wiley & Sons
,
2011
).
3.
L.
Allen
,
M. W.
Beijersbergen
,
R. J. C.
Spreeuw
, and
J. P.
Woerdman
,
Phys. Rev. A
45
,
8185
(
1992
).
4.
J.
Wang
,
J.
Yang
,
I. M.
Fazal
,
N.
Ahmed
,
Y.
Yan
,
H.
Huang
,
Y.
Ren
,
Y.
Yue
,
S.
Dolinar
,
M.
Tur
, and
A. E.
Willner
,
Nat. Photonics
6
,
488
(
2012
).
5.
V.
D'Ambrosio
,
N.
Spagnolo
,
L.
Del Re
,
S.
Sulssarenko
,
Y.
Li
,
L. C.
Kwek
,
L.
Marrucci
,
S. P.
Walborn
,
L.
Aolita
, and
F.
Sciarrinao
,
Nat. Commun.
3
,
961
(
2012
).
6.
X.
Wang
,
X.
Cai
,
Z.
Su
,
M.
Chen
,
D.
Wu
,
L.
Li
,
N.
Liu
,
C.
Lu
, and
J.
Pan
,
Nature
518
,
516
(
2015
).
7.
G.
Molina-Terriza
,
J. P.
Torres
, and
L.
Torner
,
Phys. Rev. Lett.
88
,
013601
(
2001
).
8.
R.
Fickler
,
R.
Lapkiewicz
,
W. N.
Plick
,
M.
Krenn
,
C.
Schaeff
,
S.
Ramelow
, and
A.
Zeilinger
,
Science
338
,
640
(
2012
).
9.
D.-S.
Ding
,
W.
Zhang
,
Z.-Y.
Zhou
,
S.
Shi
,
G.-Y.
Xiang
,
X.-S.
Wang
,
Y.-K.
Jiang
,
B.-S.
Shi
, and
G.-C.
Guo
,
Phys. Rev. Lett.
114
,
050502
(
2015
).
10.
Z. Y.
Zhou
,
S. L.
Liu
,
Y.
Li
,
D. S.
Ding
,
W.
Zhang
,
S.
Shi
,
B. S.
Shi
, and
G. C.
Guo
,
Phys. Rev. Lett.
117
,
103601
(
2016
).
11.
A.
Nicolas
,
L.
Veissier
,
L.
Giner
,
E.
Giacobino
,
D.
Maxein
, and
J.
Laurat
,
Nat. Photonics
8
,
234
(
2014
).
12.
Z.-Y.
Zhou
,
D.-S.
Ding
,
Y.-K.
Jiang
,
Y.
Li
,
S.
Shi
,
X.-S.
Wang
, and
B.-S.
Shi
,
Opt. Express
22
,
20298
(
2014
).
13.
Z.
Zhu
,
W.
Gao
,
C.
Mu
, and
H.
Li
,
Optica
3
,
212
(
2016
).
14.
Z. H.
Zhu
,
L. W.
Sheng
,
Z. W.
Lv
,
W. M.
He
, and
W.
Gao
,
Sci. Rep.
7
,
40526
(
2017
).
15.
Z.-Y.
Zhou
,
Z.-H.
Zhu
,
S.-L.
Liu
,
Y.-H.
Li
,
S.
Shi
,
D.-S.
Ding
,
L.-X.
Chen
,
W.
Gao
,
G.-C.
Guo
, and
B.-S.
Shi
, preprint arXiv:1701.04081 (
2017
).
16.
F.
Cardano
,
E.
Karimi
,
S.
Slussarenko
,
L.
Marrucci
,
C. D.
Lisio
, and
E.
Santamato
,
Appl. Opt.
51
,
C1
(
2012
).
17.
R.
Dorn
,
S.
Quabis
, and
G.
Leuchs
,
Phys. Rev. Lett.
91
,
233901
(
2003
).
18.
Q.
Zhan
,
Adv. Opt. Photonics
1
,
1
(
2009
).
19.
L.
Yan
,
P.
Gregg
,
E.
Karimi
,
A.
Rubano
,
L.
Marrucci
,
R.
Boyd
, and
S.
Ramachandran
,
Optica
2
,
900
(
2015
).
20.
T.
Bauer
,
P.
Banzer
,
E.
Karimi
,
S.
Orlov
,
A.
Rubano
,
L.
Marrucci
,
E.
Santamato
,
R. W.
Boyd
, and
G.
Leuchs
,
Science
347
,
964
(
2015
).
21.
R.
Betti
,
C. D.
Zhou
,
K. S.
Anderson
,
L. J.
Perkins
,
W.
Theobald
, and
A. A.
Solodov
,
Phys. Rev. Lett.
98
,
155001
(
2007
).
22.
J.
Vieira
and
J. T.
Mendonca
,
Phys. Rev. Lett.
112
,
215001
(
2014
).
23.
L.
Marrucci
,
C.
Manzo
, and
D.
Paparo
,
Phys. Rev. Lett.
96
,
163905
(
2006
).
24.
F.
Bouchard
,
I. D.
Leon
,
S. A.
Schulz
,
J.
Upham
,
E.
Karimi
, and
R. W.
Boyd
,
Appl. Phys. Lett.
105
,
101905
(
2014
).
25.
W.
Ji
,
C. H.
Lee
,
P.
Chen
,
W.
Hu
,
Y.
Ming
,
L.
Zhang
,
T. H.
Lin
,
V.
Chigrinov
, and
Y. Q.
Lu
,
Sci. Rep.
6
,
25528
(
2016
).
26.
L.
Lancia
,
J. R.
Marquès
,
M.
Nakatsutsumi
,
C.
Riconda
,
S.
Weber
,
S.
Hüller
,
A.
Mančić
,
P.
Antici
,
V. T.
Tikhonchuk
,
A.
Héron
,
P.
Audebert
, and
J.
Fuchs
,
Phys. Rev. Lett.
104
,
025001
(
2010
).
27.
S.
Weber
,
C.
Riconda
,
L.
Lancia
,
J. R.
Marquès
,
G. A.
Mourou
, and
J.
Fuchs
,
Phys. Rev. Lett.
111
,
055004
(
2013
).
28.
M. R.
Edwards
,
N. J.
Fisch
, and
J. M.
Mikhailova
,
Phys. Rev. Lett.
116
,
015004
(
2016
).
29.
L.
Lancia
,
A.
Giribono
,
L.
Vassura
,
M.
Chiaramello
,
C.
Riconda
,
S.
Weber
,
A.
Castan
,
A.
Chatelain
,
A.
Frank
,
T.
Gangolf
,
M. N.
Quinn
,
J.
Fuchs
, and
J. R.
Marquès
,
Phys. Rev. Lett.
116
,
075001
(
2016
).
30.
J. D.
Moody
,
P.
Michel
,
L.
Divol
,
R. L.
Berger
,
E.
Bond
,
D. K.
Bradley
,
D. A.
Callahan
,
E. L.
Dewald
,
S.
Dixit
,
M. J.
Edwards
,
S.
Glenn
,
A.
Hamza
,
C.
Haynam
,
D. E.
Hinkel
,
N.
Izumi
,
O.
Jones
,
J. D.
Kilkenny
,
R. K.
Kirkwood
,
J. L.
Kline
,
W. L.
Kruer
,
G. A.
Kyrala
,
O. L.
Landen
,
S.
LePape
,
J. D.
Lindl
,
B. J.
MacGowan
,
N. B.
Meezan
,
A.
Nikroo
,
M. D.
Rosen
,
M. B.
Schneider
,
D. J.
Strozzi
,
L. J.
Suter
,
C. A.
Thomas
,
R. P. J.
Town
,
K.
Widmann
,
E. A.
Williams
,
L. J.
Atherton
,
S. H.
Glenzer
, and
E. I.
Moses
,
Nat. Phys.
8
,
344
(
2012
).
31.
J. T.
Mendonça
,
B.
Thidé
, and
H.
Then
,
Phys. Rev. Lett.
102
,
185005
(
2009
).
32.
W.
Gao
,
C.
Mu
,
H.
Li
,
Y.
Yang
, and
Z.
Zhu
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
041119
(
2015
).
33.
J.
Vieira
,
R. M. G. M.
Trines
,
E. P.
Alves
,
R. A.
Fonseca
,
J. T.
Mendonça
,
R.
Bingham
,
P.
Norreys
, and
L. O.
Silva
,
Nat. Commun.
7
,
10371
(
2016
).
34.
Y.
Chen
,
Z.
Lu
,
Y.
Wang
, and
W.
He
,
Opt. Lett.
39
,
3047
(
2014
).
35.
Q.
Guo
,
Z.
Lu
, and
Y.
Wang
,
Appl. Phys. Lett.
96
,
221107
(
2010
).
36.
P.
Chen
,
W.
Ji
,
B. Y.
Wei
,
W.
Hu
,
V.
Chigrinov
, and
Y. Q.
Lu
,
Appl. Phys. Lett.
107
,
241102
(
2015
).
37.
P.
Chen
,
S. J.
Ge
,
L. L.
Ma
,
W.
Hu
,
V.
Chigrinov
, and
Y. Q.
Lu
,
Phys. Rev. Appl.
5
,
044009
(
2016
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.