失调同轴三反消像散系统消彗差补偿

三阶彗差是同轴三反消像散(TMA)光学系统镜面失调产生的主要像差之一。使用矢量像差理论分析了同轴TMA光学系统失调后彗差变化特性,给出了次镜和三镜像差偏移矢量的求解方法及公式,并推导了系统次镜和三镜失调导致的彗差增量系数公式,证明了三镜在X-Y平面内偏心产生的彗差可以通过一个固定比例的次镜偏心量完全补偿,提出了次镜对偏心三镜的消彗差补偿条件、次镜和三镜各自的X-Y平面偏心无彗差条件。计算了同轴TMA光学系统中三镜失调的两个例子,在消彗差补偿条件下,经过次镜主动偏心补偿,全视场均值彗差增量仅为未失调前的0.6%和1.9%,证明了消彗差补偿条件的正确性。     

光学元件失调对光腔衰荡高反射率测量影响的理论分析

在利用光反馈光腔衰荡技术测量大口径光学元件反射率及其均匀性分布时,需要对光学元件进行二维扫描测量,而在扫描过程中光学元件的倾斜失调将对测量结果造成影响.本文根据失调谐振腔光束传输增广矩阵,通过数值运算模拟了在对称共焦腔和一般稳定腔情况下,光反馈衰荡腔结构中由样品倾斜失调引起的输出腔镜上光斑中心位置变化以及对反射率测量的影响.仿真结果表明:对称共焦腔情况下,输出腔镜上奇数次光斑无漂移,偶数次光斑漂移量为固定值|在一般稳定腔情况下,输出腔镜上奇偶数次光斑均往复振荡漂移.分析表明,该系统对样品失调角度的敏感程度与样品在腔内的位置以及腔长有关,通过改变样品在腔内位置,选择适当腔长以及包络拟合法可以减小样品失调对测量结果的影响.     

光学元件失调对光腔衰荡高反射率测量影响的理论分析

在利用光反馈光腔衰荡技术测量大口径光学元件反射率及其均匀性分布时,需要对光学元件进行二维扫描测量,而在扫描过程中光学元件的倾斜失调将对测量结果造成影响.本文根据失调谐振腔光束传输增广矩阵,通过数值运算模拟了在对称共焦腔和一般稳定腔情况下,光反馈衰荡腔结构中由样品倾斜失调引起的输出腔镜上光斑中心位置变化以及对反射率测量的...     

光学自由曲面的检测方法

针对自由曲面光学元件离轴像差小，应用广泛，但检测难度大，加工精度不够高等特点，对现行的自由曲面光学检测方法进行了分析。提出了在自由曲面光学元件的不同加工阶段宜采用不同的检测手段，根据加工的步骤依次采用三坐标机、轮廓仪、光学干涉测量等方法为好。介绍了子孔径拼接技术的发展，叙述了利用计算全息（CGH）和反射光栅摄影测量法检测光学自由曲面等两种有着良好发展前景的方法。最后，给出了利用CGH检测三次位相板的实例。     

氧碘化学激光器谐振腔腔镜失调测量与研究

 为保证氧碘化学激光器谐振腔的腔镜失调测量结果的可靠性和准确性，建立了使用自准直仪间接测量腔镜失调的方法。测量结果表明，热辐射是引起腔镜失调并造成光束漂移的主要原因，通过采取措施，可以使腔镜失调明显减小。同时证明了该测量方法是可靠的、合理的。     

失调单球面折射系统的衍射积分和分数傅里叶变换

根据球面的几何特征，分析了单球面折射光学系统折射面倾斜和偏心时的失调特征；由失调元件矩阵和共轴元件矩阵的依次相乘，得到了完备的描述失调单球面折射光学系统的矩阵；从系统衍射积分与失调矩阵元的关系导出了该系统的失调衍射积分，并利用单球面折射光学系统的分数傅里叶变换结构参数得到了系统失调时的分数傅里叶变换结果.这些结果可用于数值计算和模拟该系统失调时对输入复振幅的衍射和分数傅里叶变换.     

腔镜失调与面型误差对光束质量影响研究

 在准确测量腔镜面形加工精度的基础上，通过光学模拟软件ZEMAX实现了氧碘化学激光器折叠虚共焦非稳腔的光学建模，利用光腔模型进行了腔镜面形误差对光束质量影响的研究以及腔镜失调对光束波前影响的分析，在空腔的情况下利用调腔He-Ne激光进行了光束质量测量实验。实测结果与建模数据基本符合，验证了该方法的可行性。     

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。     

谐振腔内的高质量圆对称艾里光束的产生方法

本文提出一种在谐振腔内产生高质量圆对称艾里光束的方法,通过使用针对特定参数光束设计的衍射光学元件替代反射腔镜,可在腔内获得所需的特定参数光束.研究结果表明,该方法产生的圆对称艾里光束的参数可控;模式能量损耗低,接近高斯基模光束;光束质量高,明显优于目前常用的傅里叶空间纯相位全息编码法.接着,讨论了组装系统时产生的腔长误差和同轴度误差,以及加工衍射元件时产生的刻蚀误差对产生光束的影响.结果表明,现有的机械调节技术和微纳加工技术,完全能满足系统误差的精度要求,显示该方法对误差有较好的容差性.     

光学自由曲面的检测方法

针对自由曲面光学元件离轴像差小,应用广泛,但检测难度大,加工精度不够高等特点,对现行的自由曲面光学检测方法进行了分析。提出了在自由曲面光学元件的不同加工阶段宜采用不同的检测手段,根据加工的步骤依次采用三坐标机、轮廓仪、光学干涉测量等方法为好。介绍了子孔径拼接技术的发展,叙述了利用计算全息(CGH)和反射光栅摄影测量法检测光学自由曲面等两种有着良好发展前景的方法。最后,给出了利用CGH检测三次位相板的实例。     

十字形孔径谐振腔的失调分析

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耗问题。计算结果表明,平面镜或凹面镜倾斜角度在10″以内,TEM30和TEM03及以下的低阶模式的平均单程损耗小于1%。     

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。     

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。     

InnoSlab混合腔输出光束质量的理论研究

对InnoSlab Laser用混合腔的输出光束质量问题从热透镜效应和腔镜的不对准两个方面的影响进行理论分析,并从远场光强分布、远场发散角、光腰半径、光束质量因子M²值和桶中功率曲线等几个角度进行了讨论,特别是离轴非稳腔方向上腔镜倾斜对光束质量的影响,利用M²值和PIB曲线两个参数共同评价非稳腔的光束质量,对目前并无统一标准的非稳腔光束质量评价问题提供了有意义的参考. 关键词： InnoSlab 混合腔 光束质量 桶中功率     

Output beam analysis of high power COIL

As the output power of a chemical oxygen iodine laser (COIL) increases, the output laser beam instability appears as the far-field beam spot drift and deformation for the large Presnel number unstable resonator. In order to interpret this phenomenon, an output beam mode simulation code was developed with the fast Fourier transform method. The calculation results show that the presence of the nonuniform gain in COIL produces a skewed output intensity distribution, which causes the mirror tilt and bulge due to the thermal expansion. With the output power of COIL increases, the mirror surfaces, especially the back surface of the scraper mirror, absorb more and more heat, which causes the drift and deformation of far field beam spot seriously. The initial misalignment direction is an important factor for the far field beam spot drifting and deformation.     

A simple method for automatic cavity alignment of a solid-state laser

Misalignment of a laser cavity would result in the displacement of beam location on the cavity mirrors. We present a simple method for automatic cavity alignment of a solid-state laser through detecting the location of the laser beam on the rear mirror, with which neither external alignment beams nor modifications to the cavity are required. The rear mirror of the laser cavity is replaced by a tip/tilt mirror to compensate for the misalignment. Experiments show that this method could effectively correct the misalignment of the laser cavity and restore the output power to almost the original value when the resonator is well aligned.     

一种非稳腔计算机辅助装调方法的数值模拟

谐振腔的自动准直技术是高功率激光器工程实践中的关键技术之一.针对这一问题,对非稳腔的计算机辅助装调方法进行了研究,并对该过程进行了数值模拟.在失调参量和像差系数小范围内线性近似的前提下,获取到一系列表征系统失调的像差值之后,通过求解线性方程组来计算系统的失调量.根据求解结果对失调系统进行修正.数值模拟结果表明单结构参量失调可以很快求出,多结构参量失调情况通过几次迭代求解后也能得到比较理想的结果.目前已经可以确定多个同时存在的失调量(包含倾斜和偏心).倾斜量的求解范围约为10～104 μrad,偏心量的求解范围约为10-2～1 mm.这种辅助装调方法能够有效地指导谐振腔的精装调过程,为今后实际的激光器谐振腔系统的自动调节提供了一种方法.     

输出镜反射性对Ⅱ类相位匹配倍频效率的影响

研究了V型腔Nd∶YVO4/KTP绿光激光器中的输出镜反射相移的产生原因。结合Ⅱ类相位匹配KTP倍频晶体的倍频特性,首次分析了反射相移对腔内基频光偏振特性及Ⅱ类相位匹配倍频效率的影响。结果发现:当反射相移△在0～π范围内变化时,倍频效率随△的增大而降低;当△<2°时,倍频效率相对于理想情况下降幅度很小,可忽略不计。利用矩阵法对输出镜多层膜特性进行了分析,通过合理控制入射角度,减小了反射相移,提高了激光器的倍频效率。