热变形谐振腔的激光模式理论分析

 应用微扰理论,对微热变形腔的激光模式进行了理论计算与分析;给出了激光模式之间的耦合以及等效光束发散角与镜面变形量之间的关系。结果表明：镜面中心处热变形量越大,模式之间的耦合越强,激光腔模式发生畸变就越严重;当镜面中心处热变形量为0.5λ时,基模TEM₀的中心光强将下降50%,其等效光束发散角将增大到镜面无变形时的2倍。     

热变形谐振腔的激光模式理论分析

应用微扰理论,对微热变形腔的激光模式进行了理论计算与分析;给出了激光模式之间的耦合以及等效光束发散角与镜面变形量之间的关系。结果表明：镜面中心处热变形量越大,模式之间的耦合越强,激光腔模式发生畸变就越严重;当镜面中心处热变形量为0.5λ时,基模TEM0的中心光强将下降50%,其等效光束发散角将增大到镜面无变形时的2倍。     

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。     

低热敏激光谐振腔理论和实验

本文介绍一种内含热聚焦元件的热不敏感谐振腔理论,给出新的严格的解析解法,分析了腔参数变化的影响,得到一些重要结论。用本方法设计了单模Nd:YAG激光器,并取得实验与理论分析相一致的结果。实验发现了两个不同阈值的热稳区,发现在一个合理设计的腔中,其热稳工作状态可对应于最大的TEM_(∞)模输出。 关键词：     

激光谐振腔设计软件的算法研究与计算机实现

为使激光工作者可以方便地进行谐振腔诸如热透镜、容差等参量的优化分析与设计,研究了激光谐振腔设计软件的算法并在计算机上得到实现.使用ABCD矩阵方法分析激光光束的传输与变换.为使分析和设计更具有一般性和通用性便于计算机编程,考虑矩阵元素均为复数的情况,同时将光束质量因子M2和介质中的光束传输考虑在激光谐振腔模的传输变换当中,这样当矩阵元素虚部都为零,而M2=1和介质折射率为1时,就可以过渡到通常的基模高斯光束在空气中经实元件矩阵传输变换.并以此为基础使用VB在国内成功开发出具有稳定驻波腔、稳定行波腔、非稳驻波腔、非稳行波腔、相位共轭腔、光束传输变换等多种功能的可视化谐振腔软件.     

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.     

热透镜的球差效应对大基模体积激光谐振腔模式的影响

固体激光器在强抽运的条件下,激光晶体热透镜的球差效应是不容忽视的,尤其是在大基模体积的动态稳定腔中,会影响谐振腔的振荡模式,进而影响腔内损耗和输出功率.通过Fox-Li的衍射迭代算法,分析了谐振腔的自再现模,表明在热透镜球差效应作用下,基模的光强分布出现了旁瓣,并由此带来了光束质量的下降,最后通过实验结果验证了理论分析,指出光束填充因子是激光器设计的一个重要因素,其最佳值需要根据球差效应的强弱,通过实验的方法来确定. 关键词： 热透镜 球差效应 谐振腔模式     

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。     

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。     

高功率固体多棒激光腔的动态工作特性

使用等价腔概念,对高功率固体多棒激光腔的动态特性作了分析,推导出了多棒等价g参数和等价腔长的一般公式,由此可得出多棒腔等价g参数图上的动态工作特性曲线和临界光焦度,以数值算例说明多棒腔的动态工作特性。讨论了用适当调整腔镜和棒间距来补偿光焦度偏离的方法,并得出了相应的解析公式。所得结果可作为高功率固体腔设计的参考。     

激光器腔镜夹持方式对热变形的影响

分析了当前大功率激光器腔镜采用的几种夹持方式特点,采用有限元软件计算了腔镜不同夹持方式下的镜面热变形和镜体最大应力,并对两种夹持方式下的应力破坏进行了分析。发现夹持方式对大功率激光器腔镜镜面变形影响很大,镜体边界沿径向固定的压圈法效果优于沿轴向固定的弹性压板法。     

复合腔CuBr激光器中的模式研究

本文报道了在两种结构的多镜复合腔中CuBr激光器的纵模淬灭现象,并得到了重复频率几倍于基频纵模间隔的多重锁模脉冲串,最高重复频率可达440MHz.实验结果表明,通过调整复合腔的结构参数,可以在不缩短增益介质长度的条件下,实现CuBr激光多重锁模脉冲高重复频率的大范围调节.     

介质不均匀性对激光模式相位与光强分布的影响

将不均匀介质势函数进行泰勒展开,取其前3项近似,与描述光腔模式的亥姆霍兹方程中的特殊函数结合,根据光腔边界条件推导出光腔模式的本征解、激光输出功率以及不均匀介质与激光模式的相位与强度分布关系表达式。将表达式应用于氧碘化学激光器的功率与输出耦合率的非线性拟合以及近场光强分布的分析,预测趋势与文献结果相符。     

介质不均匀性对激光模式相位与光强分布的影响

将不均匀介质势函数进行泰勒展开,取其前3项近似,与描述光腔模式的亥姆霍兹方程中的特殊函数结合,根据光腔边界条件推导出光腔模式的本征解、激光输出功率以及不均匀介质与激光模式的相位与强度分布关系表达式。将表达式应用于氧碘化学激光器的功率与输出耦合率的非线性拟合以及近场光强分布的分析,预测趋势与文献结果相符。     

单晶金刚石微杯形谐振子的激光刻蚀制造方法

基于激光刻蚀技术,提出了一种新型单晶金刚石微杯形谐振子的三维制造方法。由于高弹性模量、低热弹性阻尼以及较大的声波传递速度等优异的性质,单晶金刚石是一种理想的谐振子加工材料,但是金刚石硬度大且化学性能稳定,难以采用传统的加工方法成形加工。激光刻蚀因精度高,加工结构对称性好以及破损率低等特点,是一种较好的单晶金刚石加工方法。采用紫外激光加工机,研究了不同激光参数对单晶金刚石刻蚀质量的影响,通过合理设计微杯形谐振结构,规划激光刻蚀加工的轨迹,采用优化后激光刻蚀参数,实现了结构对称性较好的微杯形谐振子的加工,有望应用于高性能微杯形谐振陀螺。     

腔镜形变对圆筒组合型CO2激光器模式的影响

针对具有锁相结构的圆筒组合型CO2激光器,分析了其注入锁定的原理,利用等价条形腔理论,建立了分析其输出基模的数学模型。利用该模型,研究了不同形变量对圆筒形腔输出基模的影响。结果表明,为了获得与注入光束模式类似的光场分布,复曲面镜与圆筒形谐振腔中平面镜镜面中心的形变量应控制在0.07倍波长以内。同时,分析在不同腔镜参数情况下腔镜形变对输出模式造成的影响,其结果有利于进一步优化谐振腔的参数设计。     

一种新颖的用于光腔模式及光束传输模拟的特征向量法

根据有限元法单元划分的思想，提出了一种新颖的模拟光腔模式及光束传输的特征向量法. 该方法的关键之处在于基于衍射积分理论构造了一种新的光束传输矩阵，通过求解特征矩阵方程可一次性得到谐振腔的一系列特征向量，每一列特征向量即代表了腔镜上光场的一个确定模式的振幅及相位分布. 并可采用该方法模拟光场传输到腔内或腔外任意地方的场分布. 该方法将传统方法中大量的迭代过程转化成为本征积分方程特征向量的求解过程，并与初值取值无关，且可一次性求得多个模式分布，从而可方便地分析谐振腔的模式鉴别能力. 特征向量法对圆形镜共焦 关键词： 谐振腔 特征向量法 模式分布