掺Yb光纤激光器阵列谱合成系统的光束传输模型及光束特性分析

建立了由掺Yb光纤激光器阵列、变换透镜、闪耀光栅和输出耦合镜组成的光束谱合成系统的光束传输模型.在考虑光栅角色散、光栅刻槽倾角误差和光栅衍射效率情况下,利用光线追迹法、衍射积分方法、光束非相干叠加原理和强度二阶矩方法,推导出高斯光束非平行倾斜入射到闪耀光栅的相位变化公式以及谱合成光束的光强分布解析表达式.分析了高斯光束非平行倾斜入射到光栅后,光栅角色散、光栅衍射效率和光栅刻槽倾角误差对掺Yb光纤激光器谱合成系统输出光束特性的影响.研究结果表明,谱合成光束具有与单根光纤激光器几乎相同的光束质量;光栅角色散对合成光束特性的影响可忽略;随着光栅刻槽倾角误差的增大,谱合成光束的光束质量明显变差;当光栅刻槽倾角误差较大时,必须考虑光栅衍射效率对合成光束特性的影响. 关键词： 掺Yb光纤激光器 非平行倾斜入射 光束谱合成 光束质量     

光栅角色散和制作误差对谱合成光束特性的影响

 考虑光束的发散、光栅角色散以及光栅制作过程中存在的刻槽倾角误差,应用光线追迹方法,建立了激光束入射到光栅时相位变化的计算模型。利用衍射积分方法和光束非相干叠加原理,推导出阵列光源各子光束经谱合成系统后合成光束的光强分布解析表达式。在此基础上,利用强度二阶矩方法,计算了合成光束的M²因子,并定量分析了光栅角色散和光栅刻槽倾角误差对谱合成光束特性的影响。研究结果表明:光栅角色散和光栅刻槽倾角误差的存在均会导致谱合成光束的光束质量变差,光栅刻槽倾角误差的影响比光栅角色散的影响更为明显。     

光纤激光器谱合成系统合成效率的计算分析

在简化模型的基础上,从三能级粒子速率方程出发,结合光纤激光器的光束传输方程,推导出光纤激光器谱合成系统的输出功率和合成效率的解析表达式.在此基础上,对合成效率进行了计算分析,并讨论了影响合成效率的主要因素.结果表明,光纤激光器谱合成系统的合成效率主要由光纤激光器输出镜反射率、谱合成系统的外腔输出镜反射率、光栅衍射效率以及望远镜滤波组件透过率决定.     

部分相干矩形阵列光束在自由空间中的谱移

根据广义惠更斯-菲涅尔衍射积分方法,推导出按矩形方式排布的部分相干高斯-谢尔模型阵列光束的光谱传输公式,定量分析了部分相干高斯-谢尔模型阵列光束在自由空间传输时轴上和离轴相对谱移的变化,并详细讨论了阵列参数和子光束的空间相干参数对相对谱移的影响。结果表明,部分相干高斯-谢尔模型阵列光束通过自由空间传输后,其相对谱移与光源处的谱密度、子光束的空间相干参数以及子光束数目和子光束间距等阵列参数有关,其中,阵列参数对相对谱移的影响非常显著。