轴对称折叠-组合腔输出的多束高斯光束的并和

提出一种新腔型激光器—轴对称折叠 组合腔He Ne激光器。对该腔型输出的多束高斯光束,建立了一种简化的光束并和计算模型。并对相干并合和和非相干并和后的光强分布和光斑做了分析和模拟。结果表明,轴对称折叠 组合腔He Ne激光器输出有相干情形的光束在医疗上是有实用价值的。     

三维轴对称折叠腔CO2激光器的位相锁定

在一新型三维轴对称腔CO2激光器的基础上提出了一种对此激光器位相锁定的方法。通过在输出镜后放置一具有反射和整形作用的凹凸镜，让作为输出注入光束的谐振腔优先起振。此腔输出的光束到达凹凸镜时被其反射。利用重新定义光斑半径的方法，证明此光束能够覆盖其他放电管输出的光束，根据几何光学，此光束能反射进入各个放电管。然后利用光子简并度的概念证明了反射光束能够控制腔内的本征模式，并且数值分析了注入锁定后腔内模式匹配。在反射注入锁定的情况下，给出了数值计算的光强输出及其模拟，结果证明经位相锁定后，激光器输出光束的质量有了很大的提高。     

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。     

高斯反射率输出镜改善光束质量的实验研究

非稳腔能产生大体积基模,具有好的空间选模特性,但在固体调Q激光器中,由于孔径光阑和热畸变的影响,非稳腔输出的横模并不光滑.使用高斯反射率耦合输出镜可较好地改善其输出光束质量,设计了平-凸非稳腔,使用Nd:YAG,电光调Q固体激光器进行实验,获得了较为平滑的远场光强分布,实验结果表明高斯反射率输出镜可较好地改善固体激光器中非稳腔输出光束质量.     

列阵平顶光束大气传输的热晕效应

研究了热晕效应对相干合成和非相干合成的列阵平顶光束在大气中传输的影响。结果表明:当列阵平顶光束在大气中传输且存在横向风时,光斑呈月牙状;相干合成时,光斑内存在多个光强峰值;非相干合成时,光斑内始终保持一个峰值;相对于列阵平顶光束的相干合成,非相干合成受热晕的影响较小;光束阶数N越大的列阵平顶光束受热晕的影响越小,即相对于列阵平顶光束,列阵高斯光束(N=1)受热晕的影响更大;光束传输效率在自由空间中随着N的增大而减小,在大气中则随着N的增大而增大;在大气中且功率相同时,列阵平顶光束的传输效率优于列阵高斯光束的传输效率。     

两光子晶体光纤激光器相干锁定的实验研究

利用自成像腔技术进行光子晶体光纤(PCF)激光器光束相干合成的实验研究,实现了两光子晶体光纤激光器的相位锁定.在不使用滤波器的情况下,实验仍能观测到清晰的下涉图样,且在高功率输出状态以及环境噪声情况下干涉图样仍可保持稳定,表明具有单模大模场特性的光子晶体光纤在实现光束相干合成方面比传统的双包层光纤(DCF)有明显的优越性.实验还表明耦合输出镜的反射率对相干输出功率有一定影响,当反射镜的反射率分别为5%,10%和15%时,两台激光器相干输出斜率效率分别为63.8%,61.6%和60.2%.在抽运功率为150 W和耦合输出镜的反射率为5%时,获得95.8 W的最大相干功率输出,相干功率合成效率为90.2%.实验中无任何热光效应产生,有望利用该方法获得更高的相干输出功率.     

光束质量对平顶衍射光学元件输出的影响

衍射光学元件（DOE）对入射光束的波长、束宽、光束质量等参数都有很高的要求,其中光束质量的影响无法直接通过相干光场的衍射积分得出。本文利用高斯谢尔模型（GSM）光束分析了光束质量对平顶衍射光学元件输出的影响。采用对称迭代傅里叶变换算法设计了输出平顶光斑的DOE。用模式分解的方法研究了不同光束质量的光束经该DOE后的输出光斑,发现光束质量因子增加会使输出光斑平顶区尺寸减小,导致DOE失效。从交叉谱密度出发,表明DOE的输出光斑是相干部分和非相干部分的卷积,其中非相干部分是导致输出光斑劣化的原因。给出了平顶衍射光学元件适用的最大M2因子与输入和输出光束尺寸之间的关系。给出了一种GSM光束整形DOE的设计方法,该方法有助于在低光束质量激光器中实现DOE的应用。     

轴对称-折叠组合腔CO_2激光器原理性实验研究(英文)

报道了轴对称-折叠组合腔CO2激光器原理性实验研究,激光器能在CW模式下成功运行。研究得到了激光器最佳的气体比率和气体压强。通过研究CO2激光器的不同方面,如激励门电压和输出功率等,发现它们随着放电电流的变化而变化。通过实验得到了激光光束的光斑和聚焦的实验光斑,并模拟了光强分布。激光器已经成功的组建、运行和调试,获得的最大输出功率为58 W。     

高斯光束非对称照明锥镜时的衍射场分布

采用光的干涉方法研究了高斯光束非对称照明锥镜时的衍射场分布。数值模拟结果发现，当光束中心偏离锥镜的轴线时，衍射场的分布不再呈对称状分布，尤其在相干区。照明光束的偏离量越大，衍射光斑偏离锥镜的轴线越多。衍射光斑的平均光强随照明光束偏离量的增加迅速减小。这些结果对于锥镜在光镊和光学元件的机械排列等应用中具有一定的指导意义。     

高功率光纤激光的时间部分相干性对相干合成的影响

 将多个光纤激光器的输出光束进行相干合成是获得高功率、高光束质量激光的有效途径。利用准部分相干光(PPCB)模型，计算了高功率光纤激光器阵列发出的部分相干光在远场的能量分布，分析了激光的时间部分相干性对相干合成的影响。计算结果表明，随着单根激光器输出光束线宽的增大，远场光斑的图样基本保持不变，但峰值功率和Strehl比随之减小。对于采用的算例，要保证远场光斑的Strehl比大于0.8，单根光纤激光器的线宽不能超过5 nm。     

1018 nm短波长掺镱光纤激光高功率自组织相干合成

搭建了两台高功率、低量子损耗的1018 nm短波长掺镱光纤激光器,进行了全光纤结构下两路光纤激光器的相干合成实验。获得了功率为55 W、合成效率为90.2%的相干输出,这是当前严格单模1018 nm光纤激光器的最高功率水平。同时,验证了Michelson腔自组织相干合成技术能够实现光纤激光器的高功率单模输出。     

利用全光纤结构Michelson腔实现两路高功率双包层光纤激光器相干合成

Michelson腔技术是实现激光相干合成的有效方案. 利用Michelson腔技术, 实现了全光纤结构下的两路光纤激光器的相干合成, 获得了功率为11.75 W, 效率为95.76%的相干输出. 实验研究了相干合成效率与激光腔长差的关系以及抽运对称性对相干合成效率的影响. 实验表明相干合成效率极易受激光腔长差的影响, 不同腔长差下相干合成效率差异可达18%以上, 且存在最佳腔长差; 抽运对称性对相干合成效率的影响在2%以内.     

A new laser scheme for energy scaling with a composite six-mirror cavity

We have developed a novel and compact six-mirror cavity configuration to combine four multimode laser modules intracavity for energy scaling. Compared to the conventional 2×N channel scaling schemes, this close-ended six-mirror cavity is simpler, more stable and more practical. Diode-side-pumped rod laser geometry that is appropriate for beam combination is employed in the branch laser module. The characteristics of the output energy and the beam quality are investigated experimentally. With the six-mirror cavity, the output brightness is significantly improved compared to single F–P cavity laser. A single beam output exceeding 453 mJ with 165 μs duration is achieved, with the combination efficiency of 90.7%. PACS 42.60.Da; 42.60.Jf; 42.60.By     

光纤激光器自成像腔相干组束研究

 探讨了3种不同自成像腔,即Talbot腔、自傅里叶变换腔(SF)和傅里叶变换自成像腔实现相干组束的机理和技术难点。介绍了利用光纤激光器,采用傅里叶变换自成像方法,实现1维2路和2维4路激光相干组束的实验情况,功率分别达到122 W以及26 W。     

Study on symmetry of output beam of corner-pumped solid-state fundamental-mode laser

Aimed at solving the problem of the asymmetry of the output beam of corner-pumped solid-state fundamental-mode lasers, a simple resonant cavity design is presented. Using this method, no optical element needs to be inserted into the cavity. The symmetry of the output beam can be improved effectively by changing cavity parameters. The validity of this method is demonstrated by a corner-pumped Nd:YAG/YAG composite slab Q-switched fundamental-mode laser. The asymmetry of the output beam can be corrected effectively by adjusting the short arm length of the linear cavity and a symmetric output beam is obtained. The resonant cavity design method is simple and practical, which also applies to other lasers with the asymmetric output beam resulting from asymmetric cooling or asymmetric pumping.     

高功率光纤激光阵列被动相干组束技术研究

对高功率光纤激光的被动相干组束技术进行了理论和实验研究.介绍了几种典型的被动相干组束技术,并对其功率可提升性进行了分析.详细报道了课题组在光反馈环形腔结构光纤激光相干组束方面的研究进展,研究分析了该相干组束技术的输出光谱特性和路数可提升性,建立了4路和8路高功率光纤放大器的相干组束系统,并分别实现了1062和1090W...     

Displacement-noise-free gravitational-wave detection with a single Fabry-Perot cavity: A toy model

We propose a detuned Fabry-Perot cavity, pumped through both the mirrors, as a toy model of the gravitational-wave (GW) detector partially free from displacement noise of the test masses. It is demonstrated that the noise of cavity mirrors can be eliminated, but the one of lasers and detectors cannot. The isolation of the GW signal from displacement noise of the mirrors is achieved in a proper linear combination of the cavity output signals. The construction of such a linear combination is possible due to the difference between the reflected and transmitted output signals of detuned cavity. We demonstrate that in low-frequency region the obtained displacement-noise-free response signal is much stronger than the -limited sensitivity of displacement-noise-free interferometers recently proposed by S. Kawamura and Y. Chen. However, the loss of the resonant gain in the noise cancelation procedure results is the sensitivity limitation of our toy model by displacement noise of lasers and detectors.     

一种220 GHz分布作用速调管的高频系统模拟

对一种基于双排矩形波导慢波结构(SDRWS) 结构的3腔EIK进行了详细计算机模拟计算, 通过对基于SDRWS结构的EIK用输入输出腔的S11的模拟计算及对分布作用速调管用中间腔的本征频率的模拟计算, 初步确定了EIK用输入输出腔及中间腔的结构参数, 进而对EIK进行了PIC互作用模拟计算, 结果表明: 该EIK的3dB工作频带为219.5~220.5GHz, 3dB带宽为1GHz, 最大功率为456 W, 最大增益为40.06dB。在此基础上, 通过调整中间腔的波导头宽度以进行参差调谐, 用PIC互作用模型模拟计算研究了中间腔谐振频率对EIK整体性能的影响。结果表明, EIK的3dB工作频带主要由输入输出腔的通频带决定, 而中间腔的谐振频率也具有重要影响。当中间腔的谐振频率分别处于输入输出腔的通频带的低频端或高频端时, 可以使EIK的3dB工作频带向低频端或高频端得到一定程度展宽; 当中间腔的谐振频率高于输入输出腔的通频带的高频端时, EIK的增益在其3dB工作频带内较为平坦, EIK的输出信号在其3dB工作频带内比较稳定, 频谱的纯净程度较好。参差调谐的最终结果表明, 当中间腔的波导头宽度为0.747mm时, EIK获得了接近最优的性能, 3dB工作频带为219.5~220.0GHz, 3dB带宽扩展到1.2GHz, 最大功率为630W, 相应的最大电子效率为11.3%, 最大增益为47dB。     

三种半导体阵列光谱组束结构的输出特性

基于光谱光束组合技术,利用光栅的衍射和外腔的反馈,并通过加入光束整形系统,将标准的半导体激光阵列的发光单元锁定在窄线宽的不同波长上,以近似平行光束沿组合方向输出,以实现半导体激光阵列输出光束质量的改善和线宽的压窄。实验中采用发光单元宽度100μm,周期500μm,由19个单元构成的标准阵列,分别对快、慢轴准直后光谱组束、光束整形后光谱组束和线宽压窄外腔组束进行了实验验证,实现了组合光束与单个发光单元近似的光束质量,同时得到了较窄的线宽输出,并对实验结果进行了分析。