角隅全反镜谐振腔激光器的输出特性

 在高功率脉冲气体激光器中，用角隅反射镜作为全反镜，平行平面镜作为输出镜构成角隅全反镜谐振腔。对角隅腔激光器的输出特性和抗失调稳定性进行了研究，并与平凹腔和平平腔激光器进行了比较。实验结果表明：在角隅全反镜失调角为16 mrad时，角隅腔激光器的单脉冲输出能量下降9.2%，且近场输出光斑没有明显变化；而凹面全反镜失调角仅为0.4 mrad时，平凹腔激光器输出能量下降了9%，近场输出光斑严重变形。在输出镜正前方3.12 m处测量，当角隅镜偏转16.3 mrad时，激光器输出光斑与标准状态时的输出光斑重合；凹面全反镜失调角为0.4 mrad时，激光器输出光斑位移14 mm。经模式仪分析表明，角隅腔激光器近场光强分布均匀。     

改善输出光束质量的环形凹面镜激光谐振腔的研究

武汉光电国家实验室工业激光器研究团队一直致力于高功率高光束质量激光器的研究,在新型谐振腔的研究中,获得授权发明专利3项,申请发明专利2项。该团队提出了一种新型激光谐振腔,即环形凹面镜激光谐振腔,该谐振腔由一个环形凹面反射镜和一个平面输出镜组成。理论模拟表明,菲涅尔系数为8．05的环形凹面镜激光谐振腔的输出光束M2因子接近于菲涅尔系数为2．01的平凹稳定腔的输出光束肝因子,环形凹面镜激光谐振腔的模体积为平凹稳定腔模体积的4倍。利用该谐振腔在高功率横流CO。激光器进行了试验研究,输出光束为等相位面的环形光斑,即近场为环形分布,远场（聚焦处）为中央亮斑分布。相同光阑尺寸的平凹稳定腔和环形凹面腔对比研究表明,在激光功率没有明显降低的情况下,输出光束的肝因子由平凹稳定腔的7．5提高了1．9。环形分布光束可以降低谐振腔镜片和外光路镜片的热畸变,对于高功率激光器的工业应用非常有意义。这种谐振腔结构简单,进一步解决其失调稳定性问题,将有助于该类谐振腔在多种工业激光器中获得应用。     

CO_2 激光器平凹谐振腔的实验选择

对于封离式CO2激光器,目前大多采用平凹谐振腔,即输出镜为锗平行平面镜(一般不镀膜),全反射镜为镀金凹面镜.考虑到放电管的直径和长度以及锗镜两反射面的平行度,凹面反射镜取多大的曲率半径才能得到谐振腔的最佳匹配,从而得到最大的基模激光功率输出呢?对以上问题我们进行了实验选择.得到的结果是,当凹面镜的曲率半径R为腔长L的1.3至2.3倍时,都可以得到较大的基模功率输出.做实验用的激光器的凹面反射镜是可调可更换的.因而每更换一个凹面反射镜,都可以调得相应的最佳耦合,并调节激光器的工作电流,测得相应的最大输出功率.对于这个结果,曾…     

腔镜变形对平凹稳腔激光振荡模式影响的数值研究

 用Fox-Li迭代法研究了激光谐振腔镜面变形对激光振荡模式的影响, 给出了几种镜面变形条件下的激光谐振腔自再现模,即镜面上光场振幅和位相分布的模拟结果。对平凹稳定腔,为获得严格的基模激光振荡,应将这种镜面变形控制在1/20波长范围内;若镜面变形超过1/10波长,则该谐振腔不存在严格的基模自再现模。同时,高功率激光腔镜的边缘冷却方式将造成较大的镜面形状变化,从而影响激光光束质量。     

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。     

圆形高斯镜平凹腔腔镜倾斜时光场模式分析

运用边界元素法把圆形高斯镜平凹腔的自再现模的衍射积分方程转化为有限阶矩阵方程。计算了谐振腔在理想情况和高斯反射率平面输出镜倾斜情况下基模的场强分布、相位分布和本征值。研究表明,腔镜倾斜使激光场模式分布沿发生倾斜的方向向镜边缘偏移,而且在腔镜倾斜较严重时模式分布发生畸变,不再是对称的拉盖尔-高斯基模分布。基模本征值随倾斜角增大而变小,光束远场分布变差。减小高斯分布反射率的膜斑半径,则能减弱因倾斜引起的模式畸变。     

200 W双谐振腔组合单向输出准连续绿光激光器

研究了最大平均输出功率达206 W的高功率准连续绿光激光器.利用ABCD定律及高斯光束在腔内的自再现条件,分析了激光晶体热透镜效应及热致双折射效应对谐振腔稳定性和输出光束质量的影响.实验中将两个型号相同的LD侧面泵浦激光模块分别置于一个平-凹V型谐振腔和一个平-凹直腔内,形成两束稳定运转的1 064 nm基频光,经过声光Q开关和倍频晶体后,产生两束倍频光,均到达平面折叠镜,最终由平面折叠镜单向重叠输出.当激光模块的泵浦电流为50 A,声光调Q的重复频率为22.4 kHz时,最大平均输出功率为206 W,最大单脉冲能量为9.2 mJ,脉冲宽度为201 ns,峰值功率为45.8 kW的532 nm绿光输出,倍频效率达到60.2%.激光器2 h工作的功率不稳定度优于2.5%.     

圆形高斯镜平凹腔腔镜变形时激光模场分析

把圆形高斯镜平凹腔自再现模的衍射积分方程转化为有限阶的矩阵方程,在平面输出镜呈高斯分布的镜面变形时,数值计算了激光场模式的场强、相位分布和模式本征值。结果表明,当变形量较小时,随着变形量的增加,镜面上光场的分布范围增大,也就说明模体积增大,但镜面光场仍保持拉盖尔-高斯光束基模特征,相位由平面慢慢变得凸起,远场分布变化不明显。当变形量较大时,光场分布开始发生畸变。从模式本征值的变化看,在一定的变形范围内,本征值下降不多,说明较小的变形量对激光损耗影响不大,仍能使激光较稳定输出。在圆形高斯镜平凹腔输出镜发生不大的高斯状变形的情况下,仍有维持输出高质量激光束的能力。     

腔镜变形对平凹稳腔激光振荡模式影响的数值研究

用Ｆｏｘ－Ｌｉ迭代法研究了激光谐振腔镜面变形对激光振荡模式的影响，给出了几种镜面变形条件下的激光谐振腔自再现模，即镜面上光场振幅和位相分布的模拟结果。对平凹稳定腔，为获得严格的基模激光振荡，应将这种镜面变形控制在１／２０波长范围内；若镜面变形超过１／１０波长，则该谐振腔不存在严格的基模自再现模。同时，高功率激光腔镜的边缘冷却方式将造成较大的镜面形状变化，从而影响激光光束质量。     

自聚焦透镜耦合激光二极管抽运Nd:YVO4锁模激光器的研究

设计了一种简单有效的折叠腔,采用具有部分透过率的平面反射镜作为谐振腔的腔镜,实现了激光的单路输出,提高了激光器输出的利用率,增强了激光器的实用性.利用计算机编程分析了谐振腔内元件的参数对腔内光斑分布的影响.利用自聚焦透镜对激光二极管(LD)进行整形,实现了端面抽运Nd:YVO4半导体可饱和吸收镜(SESAM)连续波锁模...     

角锥棱镜谐振腔激光模式模拟研究

为了探究角锥棱镜谐振腔激光模式,以角锥-平面镜腔为例,将角锥棱镜等效为衍射光栅,考虑角锥镜棱宽在谐振腔中的衍射效应以及二面角误差引起的附加相位分布对谐振腔激光模式的影响,在光学谐振腔理论的基础上,建立了求解本征模式的理论分析模型.采用快速傅里叶法数值模拟不同腔长、角锥镜棱宽和二面角误差情况下该无源谐振腔激光输出模式分布情况.结果表明,在腔长30 cm、角锥镜棱宽小于75μm、二面角误差在-10′~5′之间时,可实现光斑完整的圆形分布输出模式,且有较好的光束质量;棱宽不小于0.4 mm,二面角误差在-40′~10′之间时,光斑为TEM 03阶横模,光场呈六瓣分布;当角锥镜棱宽为0.4 mm、二面角误差为3′,腔长从30~90 cm范围内增加时,该谐振腔输出的激光模式从TEM 03转换成TEM 10.     

角锥阵列改善固体热容激光器光束质量

 为改善光束远场质量,探索研究了角锥反射器的应用,利用角锥棱镜的准相位共轭特性,将角锥棱镜阵列作为热容激光器的后腔镜,抑制腔内波前畸变,并通过数值模拟计算对角锥阵列的单元边长进行优化设计。实验结果表明:角锥阵列对光束远场质量有明显的改善,当角锥阵列的单元边长为4 mm时,实现光束远场7倍衍射极限输出。     

Study on the possibilities of controlling the laser output beam properties by an intracavity deformable mirror

The possibilities of controlling the laser beam properties by a deformable mirror introduced into the laser optical cavity were studied theoretically and experimentally. The experiments were performed under conditions of an industrial high power transverse flow cw CO₂ laser operating with a stable resonator of a folded configuration. A deformable bimorph mirror of a surface profile controlled by the voltage applied to the mirror electrodes is implemented to the laser system as a back cavity mirror or as a one of the inner folding mirrors. The near-and far-field characteristics of the laser beam versus the resonator configuration controlled by the changes of the focal length of the deformable mirror are discussed in the paper. The analysis reveals that the resonator with an inner deformable mirror is much more sensitive to the mirror curvature variations than the resonator in which the deformable mirror is used as a back cavity mirror. The presented results show that dynamic and controllable changes in the resonator properties result in the controlled modification and optimisation of the laser output power and spatial parameters of the laser radiation.     

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。     

A thermally-insensitive passively Q-switched Cr:YAG/Nd:YAG laser

A passively Q-switched laser with Cr⁴⁺:YAG/Nd:YAG composite crystal using a corner cube prism cavity has been realized, in which the corner cube prism is the key element as it aids the compensation of the thermal lens effect of laser crystal. Compared with plane–plane mirror cavities under the same conditions, the stability of the laser performance using the corner cube prism cavity was improved remarkably over temperatures ranging from −40 to 65 °C. The decrease of Nd:YAG stimulated emission cross section with temperature was considered to be the main reason for the increase of average output pulse energy under the same cycle for the two different cavities when the ambient temperature changed −40 to 65 °C. The mode properties produced by the prism cavity were analyzed, and the theoretical results were verified by experimental observations.     

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。     

角锥棱镜腔Nd:YAG/Cr4+:YAG被动锁模激光器的研究

理论分析并数值模拟了腔内光强随角锥棱镜旋转的变化,实验证明在角锥棱镜腔Nd:YAG/Cr4 :YAG被动锁模激光器中,偏振耦合输出得到了锁模深度和锁模几率近乎100%的线偏振被动锁模脉冲输出.通过旋转角锥棱镜改变偏振耦合输出、调节腔内光强,可以得到被动锁模和被动调Q两种状态的脉冲输出,脉冲能量166.5 mJ/pulse,脉冲动静比高达59.7%.