激光器件 激光器结构与设计

TN242 2005042567 十字形孔径谐振腔的失调分析=Analysis of misalignment of a cruciform aperture resonator[刊,中]／郭俊平(四川大学光电科学技术系,四川,成都(610064)),李育德…／／光学技术,-2005,31(1),-110-113 给出十字形孔径谐振腔失调后的光轴确定方法,对因失调引起的腔内损耗进行了分析和近似计算;讨论了基模和高阶高斯光束在十字形孔径谐振腔中传输时的衍射损     

空间谐振式陀螺谐振腔的失调分析

为了克服平面谐振腔调节精度高、损耗大的困难,提出了一种新型空间谐振式陀螺的谐振腔结构。并利用光学变换矩阵和菲涅尔-基尔霍夫衍射积分公式建立数学模型,通过MATLAB仿真计算谐振腔各腔镜因失调引起的衍射损耗。计算结果表明当谐振腔边长为4cm,入射光束束腰半径为0.25mm时,凹面镜的曲率半径为0.397m,反射镜失调引起的衍射损耗近似为0,即失调对陀螺的性能没有影响。得到陀螺的极限灵敏度为1.54°/h。     

束旋转90°对束变换环孔腔输出性能的影响

 使用积分方法和差分方法结合的快速计算方法，在实际燃烧驱动氟化氢化学激光器增益介质沿径向分布不均匀的情况下，考虑在光束变换环形孔径激光谐振腔的紧束段引入光束旋转90°对其输出性能的影响。计算结果显示：在无腔失调的情况下，在紧束段引入光束旋转对束变换环孔激光谐振腔输出功率及光束质量的改善并不显著；在存在腔失调的情况下，紧束段光束旋转对于输出功率和光束质量的改善有显著效果。     

高功率激光器抗失调谐振腔的实验研究

为简化高功率激光器谐振腔结构,提高激光谐振腔的稳定性,增加基模体积,改善光束质量,提出了两种新型激光谐振腔结构,分别是带角隅反射镜的激光谐振腔和直角内圆锥面反射镜激光谐振腔。使用高功率脉冲CO2激光器,研究了这两种激光谐振腔的输出特性和腔镜失调的关系,并结合平凹稳定腔,对三种激光谐振腔的抗失调稳定性进行了对比。实验结果表明,随着全反镜或平面输出镜失调角的增加,角隅腔激光器的单脉冲输出能量下降速度小于直角内圆锥面全反镜腔。两种新型谐振腔全反镜的抗失调稳定性都超过平面输出镜。角隅全反镜谐振腔和直角内圆锥面全反镜谐振腔的抗失调稳定性均大大超过平凹稳定腔。     

大口径薄片激光器失调输出特性

对大口径的薄片激光器的失调输出特性进行了理论和实验研究,V-型腔由平面输出耦合镜和凹面反射镜及孔径光阑组成。基于矩阵光学和失调衍射积分方程得到了激光器的功率失调曲线。实验测量了在200 Hz泵浦频率下加入不同孔径光阑后谐振腔失调对输出功率的影响和谐振腔失调对光束质量的影响,以及在300 Hz泵浦频率下输出功率分别与平面输出耦合镜和凹面反射镜失调的关系。实验结果表明:失调输出功率和失调角度成二次函数关系,失调容限和腔镜口径成正比,光束质量因子随失调角度的增大而变小。     

具有退偏补偿及自选模功能的新型谐振腔

在分析棒状激光介质热应力导致退偏损耗特性的基础上,建立了相应的数学模型,探讨了谐振腔内低阶模和高阶模退偏损耗的不同特性,提出一种具有退偏补偿和选模功能的新型谐振腔.该谐振腔结构在运行时存在三个子腔且因棒状激光介质的热应力导致退偏特性相互耦合,通过对这三个子腔偏振念补偿特性、谐振腔稳定性及选模特性进行深入分析,给出了此类谐振腔理想的设计方案,开展了相应的实验研究,并获得较好光束质量的激光输出.     

用于集成光学陀螺的波导谐振腔设计

给出了一种集成光学陀螺谐振腔的优化设计方案,在保证集成光学陀螺精度的同时更利于微型化。选用传输损耗为0.01dB/cm的硅基二氧化硅材料作基底,谐振腔内损耗仅为0.5dB,保证了谐振腔的高清晰度;采用准单模矩形波导结构,利用弯曲波导对一阶模的有效限制实现了光的基模传输,利于谐振腔的小型化;分析了波导的传输损耗、波导耦合器分光比对谐振腔性能及陀螺极限灵敏度的影响,得出波导耦合器分光比的优化参数,并仿真得到谐振腔的谐振清晰度达到70以上。在激光器线宽为30kHz,探测器响应度0.95A/W,积分时间为10s的条件下,系统的极限灵敏度为1.6°/h。     

衰荡腔测量中的腔参数选择

 基于谐振腔失调灵敏度参量随腔长的变化关系,提出了一种衰荡腔,它是由共焦腔将腔长缩短为原来的0.73得到的稳定腔。根据光束传输规律和失调腔矩阵方法,以及光腔衰荡法测量原理和曲线拟合方法,建立了腔长、腔镜角度失调下光腔衰荡法的反射率测量模型。通过数值模拟,研究了这种稳定衰荡腔中,腔微小失调对反射率测量结果的影响,并与相同失调情况下共焦衰荡腔的测量结果进行了对比分析。结果表明,这种稳定腔用作衰荡腔,测量结果受腔镜角度失调影响较大,而受腔长失调影响小;其长度较短,便于工程应用;衍射损耗较小,测量精度高。     

一种离子交换制备的玻璃光波导谐振腔滤波器

采用AgNO3、KNO3混和熔盐作为离子交换源,在K9玻璃上制备了跑道形谐振腔滤波器。测试得到该滤波器的自由光谱范围为0.178 nm,两个输出端口的衬比度分别为1.47 dB和6.5 dB,分析得到耦合器的分束比和谐振腔的传输损耗分别为к=0.16和α=8.1 dB/cm。利用热光效应在16℃的温度变化范围内,滤波器实现了2π的相位调制,同时分析得到波导材料的热光系数约为1.28×10-5/℃。     

基于L形谐振腔MIM波导结构滤波特性的研究

设计了一种基于表面等离极化激元金属-介质-金属的L形谐振腔波导结构,并应用有限元方法研究了该结构的传输特性。数值计算结果表明,透射光谱中出现了明显的阻带,其滤波特性强烈地依赖于L形谐振腔结构的尺寸。相比于同尺度的水平放置的矩形谐振腔,L形谐振腔结构具有更高的品质因子,滤波效果更佳。随着L形谐振腔结构尺寸的增大,透射光谱发生红移;在L形谐振腔中充入折射率不同的介质,根据表面等离极化激元共振对L形谐振腔内折射率变化敏感特性,通过探测透射光谱中共振波长来探测介质折射率,该结构可广泛用于传感器方面。     

利用特征向量法分析有源失调腔的2维模场

 利用一种用于光腔模式及光束传输模拟计算的特征向量法计算有源腔的2维失调,通过对谐振腔几何关系的求解,以及对增益进行薄层模型处理,最后利用特征向量法计算有源腔失调后的模式分布,发现失调造成了模式强度分布不均匀,并带来模式阶数的改变。计算了相应的光束质量因子,结果表明:在一定失调范围内,失调可能会带入新的模式竞争;谐振腔在一定范围的失调情况下,各阶模式的光束质量可能变好,也有可能变差,随着模式阶数的增加光束质量整体趋势是越来越差;原来简并的模式可能不再简并。该方法可以为计算失调后谐振腔的模场带来方便。     

Laser beam brightness of apertured optical resonators

We model the fundamental mode of a circularly symmetric plano-concave resonator where one mirror is apertured by a super-Gaussian aperture, while the other is apertured by a π/2 phase aperture. The aim of the paper is to find the best values of the apertured cavity parameters allowing the highest output beam brightness. For that we take into account loss level, fundamental mode volume and beam quality factor M². We demonstrate that for a given loss level, the phase aperture is able to increase the laser beam brightness, with a rate of about 60% when its diameter is properly chosen.     

子孔径拼接检测非球面时调整误差的补偿

针对在子孔径拼接测量非球面的过程中干涉仪与待测非球面相对位置存在的对准误差,提出了一种基于模式搜索迭代算法的调整误差补偿方法。该方法可以很好地从测量的子孔径相位数据中消除由拼接测量位置没有对准带来的调整误差,实现多个子孔径的精确拼接。对该方法的基本原理和实现步骤进行了分析和研究,建立了子孔径拼接测量的调整误差补偿模型。对口径为230 mm×141 mm的离轴碳化硅非球面反射镜进行了调整误差补偿和相位数据拼接,得到了精确的全口径面形分布。作为验证,对待测非球面进行了零位补偿检测,结果显示两种测试方法的面形PV值和RMS值的相对偏差仅为0.57%和2.74%。     

36 W侧面抽运腔内倍频Nd:YAG/KTP连续绿光激光器

通过优化平-凹-平三镜折叠腔结构设计,利用大功率半导体激光器侧面抽运、Ⅱ类相位匹配KTP晶体腔内倍频,获得高效高功率连续绿色激光输出.当抽运电流约为36 A时,得到最高36.6 W的连续绿光激光输出,对应的光—光转换效率为8.71％.在输出功率33 W时测量激光功率稳定性,其功率不稳定度为0.27%.用刀口法测量了激光器高输出功率时的光束质量,光束质量因子小于8.对高功率抽运情况下三镜折叠腔的像散补偿、失调灵敏度和基模在腔内分布情况做了数值模拟. 关键词： 侧面抽运 腔内倍频 连续波     

适用于圆筒形增益区的同轴四镜腔的失调分析

采用矩阵光学方法，对适用于可见光的圆筒形增益区同轴四镜腔中的腔镜因倾斜而产生的失调特性进行了分析，给出了相关计算公式。该四镜腔由同轴的一个复曲面全反镜和两个光学玻璃加工的透镜和一个平面输出镜组成。以He-Ne激光器为例，给出了数值计算结果，关键元件复曲面镜的失调对输出的影响较大。这为腔元件的加工以及腔镜的安装调试提供了参考。     

A Flash-Lamp-Pumped Nd:YAG Laser with Dual-Telescopic Optics Configuration

A flash-lamp-pumped Nd:YAG laser that contains two laser rods and dual-telescopic elements is investigated theoretically and experimentally. The two intracavity telescopes of the resonator are appropriately chosen and adjusted to achieve a large-volume TEM₀₀ mode inside the laser rods, and to minimize the variational effects of the thermal lens in the rods. The drift of the optimal operating point of the resonator caused by variation in the pump energy is compensated by adjusting defocusing of the two telescopes over a broad pump energy range. It is experimentally shown that our resonator geometry with appropriate parameters obtained the output energy of 560 mJ with 100 #x03BC;s duration and slope efficiency of 3.5#x0025;, at a pump energy of 16J, even though the misalignment tilting angle of the end mirror reached #x00B1;5mrad. The bi-focusing effect caused by the thermally-induced stress birefringence was compensated by a 90#x00B0; quartz rotator. Output energy was increased by 18#x0025; at the pump energy of 16J. The misalignment tilting angle of the end mirror with intracavity telescope was 4 times larger than that without intracavity telescope.     

基于多视场星点椭圆率的望远镜主动准直方法

光学元件的准直失调会引起天文望远镜在观测过程中的像质退化,该问题在大口径快焦比的天文光学系统中更为突出。针对此问题,本文提出一种用于望远镜日常观测过程中的主动准直方法,通过星像解算实时校正副镜位置及姿态达到维持望远镜像质的目的。该方法基于多视场星点椭圆率,利用粒子群优化算法迭代求解望远镜光学元件失调量,从而校正由光学元件失调引起的低阶像差。利用1.6 m多通道测光巡天望远镜光学系统进行模拟仿真,求解副镜失调量残余误差小于1%,在系统设计公差范围以内。利用南极巡天望远镜AST3-3模拟及实验验证,表明该方法可高精度求解望远镜光学元件的失调误差。     

腔镜形变对圆筒组合型CO_2激光器模式的影响

针对具有锁相结构的圆筒组合型CO2激光器,分析了其注入锁定的原理,利用等价条形腔理论,建立了分析其输出基模的数学模型。利用该模型,研究了不同形变量对圆筒形腔输出基模的影响。结果表明,为了获得与注入光束模式类似的光场分布,复曲面镜与圆筒形谐振腔中平面镜镜面中心的形变量应控制在0.07倍波长以内。同时,分析在不同腔镜参数情况下腔镜形变对输出模式造成的影响,其结果有利于进一步优化谐振腔的参数设计。