腔内倾斜扰动对正支共焦腔本征模式的影响

针对激光器出光过程中腔内像差扰动带来的光束质量下降问题，分析了正支共焦腔腔内不同位置倾斜扰动对本征模式的影响，采用数值迭代法计算了理想状态及腔内不同位置倾斜扰动状态下的本征模式、相位Zernike像差拟合系数.结果表明：对大小给定的扰动，相位相对敏感性从凸面镜到凹面镜逐渐增加，且腔模倾斜像差增大的同时还将导致离焦、像散等高阶像差的增大，因此作腔内补偿时，应使补偿平面尽可能靠近凹面镜.     

基于H-S波前传感器的正支共焦腔调腔方法的研究

采用H-S波前传感器对于非稳腔进行了实验调腔技术研究,指出了正支共焦腔调腔的原则,以输出光束近场强度和相位分布这一双重依据作为谐振腔是否调好的标准。进行非稳腔调腔时,首先应当保证整个光路共光轴使输出强度分布均匀,但此时光束中可能还包含离焦等高阶像差,因此在腔外用Hartmann-Shack波前传感器进行光束相位测量,得到了35阶像差Zernike系数、波面PV和RMS值,进一步计算得到远场分布和环围能量曲线等。从而可以全面了解输出光束质量,并能有针对性地对光腔进行调整,从而达到较理想的光腔调整共轴状态。     

高功率激光器腔镜热变形对输出光束质量的影响

利用有限元分析法结合Fox-Li迭代法,考虑腔内本征模式与腔镜热形变的相互耦合作用,计算模拟了正支共焦非稳腔的本征模式分布,定量分析了高功率激光器腔镜热变形对输出光束质量的影响,重点讨论了腔镜热变形所引起的腔内本征模式相位特性的变化,并从波前功率谱密度、Zernike像差系数及光束质量值等角度对腔镜发生热形变前后的激光器输出光束的光束特性进行比较分析。研究结果表明:高功率激光器腔镜热形变对输出光束的光束质量会产生一定的影响,且随着激光输出功率的增大,镜面热形变引起的输出光束波前相位高频比例及Zernike高阶像差均会有所增大,波前畸变程度也明显变大,光束质量逐渐变差。     

全固态Nd:YAG激光器热效应及输出光束波前像差分析

高功率全固态激光器的诸多腔内扰动因素均会直接影响到激光输出功率和光束质量。首先采用传输矩阵方法简要讨论了在稳定腔情形下热透镜焦距与本征模式光斑尺寸的关系。进一步采用Hartmann-Shack波前传感器和模式法波前重构,对二极管抽运全固态声光调Q激光器输出倍频光束质量进行了分析,得到前35阶Zernike像差系数、波前峰谷值和均方根等畸变参量,计算还可得到点扩散函数分布和环围能量曲线等,从而全面了解输出光束质量和动态像差特性。分析表明输出倍频光的波前Zernike像差主要集中在前15阶,由于晶体热效应及腔内其它扰动因素的影响,较显著波前像差有离焦系数Z_3、低阶像散Z_4和Z_5,以及球差Z_(10)等。     

正支共焦非稳腔的离焦像差特性

 正支共焦非稳腔在出光过程中易受环境扰动而造成腔长失调，易受热积累影响而使腔镜变形，从而使输出光束产生离焦像差和部分其它像差。为了实现对离焦像差的校正，针对不同的产生原因，提出了2种离焦像差特性分析方法：一为腔镜相对位置失调引起的离焦像差特性理论分析方法，它是另一种分析方法的基础；二为腔镜变形引起的等效腔长变化导致的离焦像差特性分析方法，它是实际激光器中的主要分析方法。得到了离焦像差与腔长的特性关系和离焦像差与腔镜变形量之间的特性关系。研究表明：腔长改变和腔镜变形对离焦像差的影响本质是一样的，都是改变了谐振腔的共焦点位置；腔长改变或腔镜矢高变化与离焦像差都成近似的线性关系。实验验证了离焦像差特性分析方法的有效性，最后指出离焦像差特性可作为激光器中离焦像差动态补偿的有效依据。     

大长宽比矩形有源非稳腔模式的数值模拟

 利用快速傅里叶变换算法和薄层增益近似方法,在Matlab计算平台上,对大长宽比正支共焦有源谐振腔进行了数值模拟。得到了长宽比为3.6∶1的大功率化学激光器输出的近场模式强度和相位分布,以及理想聚焦下的远场光斑的强度分布。给出了由非均匀增益引起的强度分布不均对远场光斑的影响。得到的近场图像结果和实验结果基本一致,表明本方法可以对大长宽比矩形腔的输出模式进行仿真,从而为激光器的光束质量改善提供计算参考。     

用H-S波前传感器测量穿过超声速流场的激光像差特性

 用Hartmann-Shack(H-S)波前传感器可以准确测量穿过超声速流场的激光波面及其变化过程，进一步计算可以获得光束质心漂移、远场分布等数据。给出了H-S方法测量穿过超声速流场激光波面的原理，采用模式法进行了波前重构，计算了在几种流场条件下的激光波面像差特性PV值，RMS值和Zernike像差系数、Strehl比和环围能量曲线等。结果表明，H-S法可以很好地反映流场建立、稳定和结束过程中Zernike像差的变化。比较无流场和给定参数的超声速流场，激光穿越后产生的最明显的像差变化为离焦和低阶像散的增大。在相同流场参数下，无模型时光束质量好于有模型时光束质量。     

相位共轭谐振腔改善激光器波前像差特性研究

在高功率激光器中采用相位共轭谐振腔技术可以补偿动态波前像差,在校正畸变的输出光束方面有极其重要的应用。分析了相位共轭腔的模式结构特性及稳定性,在实际高功率激光器中采用相位共轭谐振腔,使得激光系统的光束质量得到了极大改善。通过实验数据分析,提出在激光器系统中描述光束质量只用PV值和RMS值来量度是不足的,并利用结合光束环围能量分布图像和平均离焦系数来评价系统光束质量。实验结果表明,采用相位共轭谐振腔使得焦平面环围能量更为集中,同时平均离焦系数更接近零,结合上述方法评价系统光束质量更具实际意义。     

光束旋转90°多程放大系统的波前误差校正

光束通过神光-Ⅲ原型装置四程放大系统发生了90°旋转和扩束。在四程放大系统腔镜处放置变形镜校正系统像差是一种新的自适应光学方案，推导出被校正像差与变形镜面形之间的数学关系。理论推导表明，在扩束比大于1的前提下，腔镜处变形镜可以校正系统输出的任意类型的像差，且变形镜对应的面形唯一。理论分析和计算仿真说明该方案的校正能力与像差类型和扩束比有关，扩束比增大将增强变形镜校正像散的能力，但系统旋光消像散的能力也将减弱。     

光束旋转90°多程放大系统的波前误差校正

 光束通过神光-Ⅲ原型装置四程放大系统发生了90°旋转和扩束。在四程放大系统腔镜处放置变形镜校正系统像差是一种新的自适应光学方案，推导出被校正像差与变形镜面形之间的数学关系。理论推导表明，在扩束比大于1的前提下，腔镜处变形镜可以校正系统输出的任意类型的像差，且变形镜对应的面形唯一。理论分析和计算仿真说明该方案的校正能力与像差类型和扩束比有关，扩束比增大将增强变形镜校正像散的能力，但系统旋光消像散的能力也将减弱。     

Multichannel laser resonators — an experimental study

The output characteristics of several large-area multichannel unstable resonators are presented. The conventional unstable resonator and a novel toric unstable resonator, in both confocal and nonconfocal configurations, have been studied. Output beam profiles, optical energy extraction, beam focusability, resonator alignment properties and polarization states of the various resonators have been analysed in depth.     

Investigation of beam characteristics in toric unstable optical resonator

In this paper the characteristics of the output beam of a toric unstable resonator are investigated. Based on the Fresnel–Kirchhof integral and using numerical methods, the performance of toric unstable resonators is simulated and its output beam characteristics are also evaluated. Geometrical resonator parameters, i.e. Fresnel number and magnification as well as the output coupler diameter, are considered in this investigation. The radial and azimuthal modes of the resonator are calculated and the modal behavior of the resonator is described according to geometrical parameters. The power extraction for each specific laser mode has also been inspected by calculating the finesse factor. Using an iteration mode convergence diagram, the mode discrimination of the resonator is investigated.     

High-power solid-state lasers with unstable resonators

The thermal lensing properties of stable and unstable resonators are compared and rules are given for the design of optimized unstable resonators containing a focusing rod. Experimental verification with a high-power Nd: YAG system proved that for unstable resonators the restricting relationship between beam quality and output power no longer holds. Careful resonator design enables high output power to be extracted with unstable resonators without destroying the output couplers.     

High-power solid-state lasers with unstable resonators

The thermal lensing properties of stable and unstable resonators are compared and rules are given for the design of optimized unstable resonators containing a focusing rod. Experimental verification with a high-power Nd: YAG system proved that for unstable resonators the restricting relationship between beam quality and output power no longer holds. Careful resonator design enables high output power to be extracted with unstable resonators without destroying the output couplers.     

角锥棱镜阵列谐振腔的输出特性

 角锥棱镜阵列具有溯源反射和准相位共轭两大特点,可在一定程度上补偿高平均功率固体激光器的热畸变。但由于这种角锥棱镜阵列自身的缺陷和由它构成的谐振腔输出激光模式众多的特点,限制了其在谐振腔中的应用。分析了角锥棱镜阵列谐振腔产生多模输出的原因,提出了采用腔内滤波的方法实现单模输出。理论模拟和实验研究结果表明：利用该方法可较好地改善阵列角锥棱镜谐振腔的输出特性,获得了近5倍衍射极限的输出。     

具有均匀相位耦合输出镜非稳腔的模场分析

 利用Prony[1]方法计算均匀相位输出耦合镜非稳腔的输出模场分布及远场方向性,分析了模式分辨率和光束远场发散角与系统各参数之间的关系, 理论计算得到的结果表明,可以在小放大倍率（M=1.3）情况下得到质量达到衍射极限的输出光束,与传统非稳腔比较,这种新型的谐振腔在改善氧碘化学激光器光束质量方面有一定的应用前景。     

不同皮秒非稳腔中的KTP晶体的腔内倍频效应

以ＫＴＰ晶体作为Ｎｄ：ＹＡＰ锁激光器的内腔倍频元件,在带非共振环（ＡＲＲ）的对撞脉冲锁模（ＣＰＭ）非稳腔虚共焦非稳腔中实现高效倍频转换,其倍频能量转换效率 ５３．４％和６０．２％,测定了两种腔型的基波脉宽分别为８ｐｓ和１８ｐｓ,二次谐波输出的最大能量起伏分别为１０．６％和１２．５％。理论分析了两种没腔型及其实验结果的特点。     

球面角锥棱镜非稳腔钕玻璃激光器

为了将虚共焦非稳腔输出光束质量高和角锥棱镜谐振腔具有免调试的优点结合到一起,提出了用球面角锥棱镜构成虚共焦非稳腔的方案。利用已有虚共焦非稳腔钕玻璃激光器,设计加工了一球面角锥棱镜非稳腔钕玻璃激光器。模拟计算了两谐振腔输出光束的模式分布,然后对两钕玻璃激光器进行了实验对比研究。结果表明:实验得到的模式分布与模拟计算结果相吻合,球面角锥棱镜非稳腔钕玻璃激光器与虚共焦非稳腔钕玻璃激光器分别获得了最大2176.9J和2340.6J的能量输出,二者的电光效率与束散基本相同,分别为4.3%,0.30mrad和4.6%,0.26mrad。