基于Fox-Li迭代法的偏振敏感谐振腔EI北大核心CSCD

矢量偏振光束的发展对偏振敏感谐振腔的模式计算提出了新的要求,基于Fox-Li迭代法和琼斯矢量理论,提出了用于偏振敏感谐振腔的矢量Fox-Li迭代法。该方法可以计算偏振敏感谐振腔内的矢量偏振模式,包括角向偏振TE01*模和径向偏振TM01*模。通过Matlab编程对球面偏振敏感谐振腔内的矢量偏振模式进行数值计算,计算结果与理论一致,证明了该方法的正确性。然后基于轴快流(FAF)CO2激光器平台,采用组合轴锥镜作为谐振腔的尾镜,得到了2.17kW的角向偏振模式输出,与矢量Fox-Li迭代法仿真结果吻合,实验证明了该方法的有效性和准确性。矢量Fox-Li迭代法对于偏振敏感谐振腔的分析和设计具有重要的指导意义。     

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。     

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。     

微变形镜内腔补偿激光模式畸变研究

采用Fox-Li迭代方法,对畸变相差以Zernike多项式展开,计算了不同菲涅耳数的谐振腔在畸变发生时的低阶输出模式,分析了激光器谐振腔内畸变对激光输出模式的影响。对微变形镜的面形以Zernike多项式进行拟合,计算了中心电极的影响函数,并建立了微变形镜控制模型。实验上将微变形镜作为激光器的一个腔镜,验证了微变形镜对激光输出模式的补偿作用。结果表明,内腔微变形镜对激光输出模式具有校正作用,激光基本上可以达到基模输出。     

微变形镜内腔补偿激光模式畸变研究

 采用Fox-Li迭代方法,对畸变相差以Zernike多项式展开,计算了不同菲涅耳数的谐振腔在畸变发生时的低阶输出模式,分析了激光器谐振腔内畸变对激光输出模式的影响。对微变形镜的面形以Zernike多项式进行拟合,计算了中心电极的影响函数,并建立了微变形镜控制模型。实验上将微变形镜作为激光器的一个腔镜,验证了微变形镜对激光输出模式的补偿作用。结果表明,内腔微变形镜对激光输出模式具有校正作用,激光基本上可以达到基模输出。     

腔镜倾斜对平面环形腔激光振荡模式的影响

从Fox-Li迭代法出发,用光学仿真软件GLAD实现了对平面环形腔的建模。利用此光学模型进行了腔镜倾斜对其本征模式影响的研究,给出了腔镜在两个方向不同倾斜角度下的谐振腔模式光强分布、光强峰值点位置及谐振腔损耗的变化。研究结果表明：腔镜倾斜使平面环形腔模式发生畸变,随着腔面倾斜加大,腔损耗增大,光强峰值点向镜边沿偏移,且腔镜在垂直于腔面方向上的倾斜对振荡模式的影响比腔镜在腔面内的倾斜对振荡模式的影响大。     

基于轴棱锥带平面耦合输出镜的贝塞尔-高斯谐振腔

从较直观的概念出发,设计基于轴棱锥带平面耦合输出镜的贝塞尔-高斯谐振腔。应用Fox-Li数值迭代法对谐振腔横向光场模式进行较严格的分析,同时采用数值积分的方法,由输出镜面上光场采样点的数值直接模拟腔外输出光场分布情况。数值模拟结果与理论结果比较表明,该谐振腔的主模式与零阶贝塞尔-高斯光特征相似。针对实际中腔长可能并不严格地与最初设计腔长一致,讨论了腔长变化对谐振腔主模式分布的影响,发现当腔长变化较小时,谐振腔的横向模式特征基本保持不变。利用Nd:YAG激光器设计贝塞尔-高斯谐振腔进行实验,光束分析仪记录的输出光强横向分布与理论预期基本一致。     

非稳腔主动式直接获取纳秒近似无衍射贝塞尔绿光

通过对基于轴棱锥的贝塞尔谐振腔和贝塞尔-高斯谐振腔的研究,设计了一台腔内倍频Nd:YAG纳秒近似无衍射贝塞尔绿光激光器. 非稳激光器谐振腔由轴棱锥和凸面镜组成. 实验采用单灯脉冲抽运激光增益介质Nd:YAG晶体,倍频晶体选用KTP. 当抽运电压为350 V时,由主动式直接产生纳秒近似零阶贝塞尔绿光,其脉冲宽度为55.1 ns,波长为532 nm,线宽为0.8 nm,近似无衍射零阶贝塞尔绿光的中心光斑直径为192 μm. 利用Fresnel-Kirchhoff 衍射积分和Fox-Li迭代法,通过数值计算得出 关键词： 主动式 纳秒贝塞尔光束 腔内倍频 轴棱锥     

矢量有限元方法精确计算轴对称?谐振腔高阶模

采用矢量有限元方法计算了任意轴对称谐振腔高阶模的本征频率.这种方法能够将数学模型和物理理论很好地结合起来,避免了一般有限元方法计算谐振腔本征模式中可能出现伪根的问题,并且可以通过采用二阶标量和矢量基函数,在较少的网格数的情况下得到很高的计算精度.基于该方法的程序Cafe为进一步精确研究下一代直线对撞机失谐结构的尾场奠定了基础.     

基于多偏振敏感器的太阳矢量测量方法

根据大气偏振模式形成机理,提出了利用多偏振敏感器测量太阳矢量(矢量方向)的方法.介绍了大气偏振模式的形成,设计了由两组偏振单元组成的偏振敏感器,论证了偏振单元之间的最佳设计角度,分析了利用偏振敏感器从大气偏振模式中提取太阳方位信息的方法,进而提出了利用多偏振敏感器测量并结合最小二乘法解算太阳矢量的方法,针对该算法进行了实验验证,并与双偏振敏感器测量太阳矢量方向的方法进行了对比分析.分析结果表明,利用多偏振敏感器测量不仅可以得到高精度的太阳矢量方向,太阳矢量的方位角误差和高度角误差分别为0.2°和1.0°,还解决了双偏振敏感器测量太阳矢量方向时由于最大偏振方向平行引发的突变问题.实验结果验证了利用多偏振敏感器(≥3)测量太阳矢量的方法是可行的.     

角锥棱镜激光谐振腔的基本特性

分析了角锥棱镜对光束的相位变换作用,带二面角误差的角锥棱镜可等效于6块光楔的组合,其楔角的大小和方向由二面角误差决定。对在腔内往返传输的光线在镜面上的位置进行了分析,结果表明：3个二面角误差相同且不为零的角锥棱镜构成的谐振腔为约束非稳腔。用Fox-Li迭代法数值模拟得到了不同棱镜二面角误差情况下的谐振模式。模拟结果表明：圆形镜腔情况下基本振荡模式接近于TEM03模的拉盖尔高斯光束;当3个二面角误差不相同时,模式中各个区域的强度分布不对称。采用3个二面角误差基本接近且绝对值较小的棱镜可以提高光束质量。     

同轴放电环形增益区谐振腔镜面的场分布

对几类环形增益区谐振腔进行了比较,得出利用谐振腔两镜之一的全工作面输出的新型环形增益区谐振腔是适合的谐振腔。提出了一种计算全工作面输出的同轴放电环形增益区谐振腔镜面场分布的方法,利用几何方法对腔镜镜面进行划分,得出了基于菲涅尔-基尔霍夫衍射积分定理的积分区域,并对该区域进行了有限元划分,应用计算机编程计算出了同轴放电环形增益区谐振腔镜面处的光场分布和相位分布。近场分布在环形区中央部分近似地呈高斯分布,且沿径向出现高阶模场分布特点,沿角向无差别。     

角锥棱镜激光谐振腔的基本特性

 分析了角锥棱镜对光束的相位变换作用，带二面角误差的角锥棱镜可等效于6块光楔的组合，其楔角的大小和方向由二面角误差决定。对在腔内往返传输的光线在镜面上的位置进行了分析，结果表明：3个二面角误差相同且不为零的角锥棱镜构成的谐振腔为约束非稳腔。用Fox-Li迭代法数值模拟得到了不同棱镜二面角误差情况下的谐振模式。模拟结果表明：圆形镜腔情况下基本振荡模式接近于TEM₀₃模的拉盖尔高斯光束；当3个二面角误差不相同时，模式中各个区域的强度分布不对称。采用3个二面角误差基本接近且绝对值较小的棱镜可以提高光束质量。     

同轴放电环形增益区谐振腔镜面的场分布

 对几类环形增益区谐振腔进行了比较,得出利用谐振腔两镜之一的全工作面输出的新型环形增益区谐振腔是适合的谐振腔。提出了一种计算全工作面输出的同轴放电环形增益区谐振腔镜面场分布的方法,利用几何方法对腔镜镜面进行划分,得出了基于菲涅尔-基尔霍夫衍射积分定理的积分区域,并对该区域进行了有限元划分,应用计算机编程计算出了同轴放电环形增益区谐振腔镜面处的光场分布和相位分布。近场分布在环形区中央部分近似地呈高斯分布,且沿径向出现高阶模场分布特点,沿角向无差别。     

基于偏振度椭球的PMD补偿的前馈信息提取方法

通过建立一个简单的模型推导了偏振模色散与偏振度椭球的关系式,可以直接从偏振度椭球的长轴和短轴得到偏振模色散的大小.将得到的一阶偏振模色散大小与理论上从琼斯矩阵中计算的结果进行比较,发现在差分群时延小于20 ps时,模拟结果与理论计算值较好相符.分析了如何从偏振度椭球的长轴判断偏振模色散矢量的方向.因此,从得到的偏振模色散矢量的大小和方向信息可以为一阶偏振模色散补偿提供前馈信息.     

半导体抽运Yb∶YAG 五镜腔KLM激光器理论分析计算

对半导体抽运的Yb∶YAG克尔透镜锁模激光器进行理论分析计算,分析五镜谐振腔和四镜谐振腔的稳区不同,利用稳区范围变化对五镜谐振腔稳定锁模机理做出合理解释.详细计算分析Yb∶YAG激光器内克尔调制效应对锁模的影响,获得最佳腔参量.在腔内没有插入硬光阑的情况下,利用五镜腔实现了Yb∶YAG晶体克尔透镜锁模运转.理论分析和实验结果相符.     

半导体抽运Yb：YAG五镜腔KLM激光器理论分析计算

对半导体抽运的Yb∶YAG克尔透镜锁模激光器进行理论分析计算,分析五镜谐振腔和四镜谐振腔的稳区不同,利用稳区范围变化对五镜谐振腔稳定锁模机理做出合理解释.详细计算分析Yb∶YAG激光器内克尔调制效应对锁模的影响,获得最佳腔参量.在腔内没有插入硬光阑的情况下,利用五镜腔实现了Yb∶YAG晶体克尔透镜锁模运转.理论分析和实验结果相符.     

基于中红外光参量振荡器光束质量优化的90°像旋转四镜非平面环形谐振腔型设计与分析

为改善中红外光参量振荡器(OPO)激光输出光束质量,设计了一种90°像旋转四镜非平面环形腔型结构.通过建立单位球等效计算方法,对此种特殊腔型结构存在的像旋转角进行计算,并由此确定了适用于中红外OPO运行的90°像旋转谐振腔结构相关参数.在此基础上进一步建立了非对称轴环形腔中光场模式自再现模型,分析得出随着像旋转角由0°向90°变化,谐振腔内光场模式逐渐均匀化,当旋转角为90°时,基模以及高阶模都表现出非常好的中心对称性.基于此采用中红外ZnGeP_2 OPO对所设计的腔型参数进行实验测量,实现了光束质量M_X~2=1.81和M_Y~2=1.61.由此可以证明所设计的90°像旋转四镜非平面环形腔对中红外OPO激光系统的输出光束质量的优化有显著效果.     

基于传播圆补偿像散的被动锁模激光器谐振腔设计方法

由于超短脉冲激光器的谐振腔大都采用多镜折叠的形式,像散已成为影响锁模激光器性能优劣的重要问题.本文提出了一种基于传播圆补偿像散的被动锁模激光器谐振腔设计方法,该方法简单、直观、高效,容易找到补偿像散的最佳位置.理论研究表明,当SESAM位于子午和弧矢传播圆交汇处附近时,SESAM处的子午光斑和弧矢光斑大小几乎相等,像散得到补偿.该谐振腔对外界干扰引起的腔镜振动和热透镜焦距的变化均不敏感,谐振腔的抗干扰性很强.实验研究表明,当SESAM位于子午和弧矢传播圆交汇处附近时,锁模激光器可获得稳定连续的锁模激光脉冲,且激光器的抗干扰性很强.本文的理论研究与实验结果相一致.     

偏振模色散矢量的研究

研究了无损光纤的密勒矩阵,进而得出了偏振模色散矢量的解析表达式、主偏振态对应的斯托克斯矢量的解析表达式,以及高阶偏振模色散矢量的解析表达式.这些解析表达式是由光纤参数决定的.讨论了局部偏振模色散矢量与整体偏振模色散矢量的关系,讨论了利用偏振模色散矢量进行偏振模色散补偿的原理.引入了偏振模色散补偿元件的偏振模色散补偿矢量C,具体计算了正规的非圆光波导类的补偿元件的C.从理论上证明了仅仅利用一个正规的非圆光波导类的补偿元件,例如一根保偏光纤或是一个双折射晶体,是不能实现偏振模色散补偿 关键词： 偏振模色散 密勒矩阵 色散补偿 主偏振态斯托克斯矢量