空间谐振式陀螺谐振腔的失调分析

为了克服平面谐振腔调节精度高、损耗大的困难,提出了一种新型空间谐振式陀螺的谐振腔结构。并利用光学变换矩阵和菲涅尔-基尔霍夫衍射积分公式建立数学模型,通过MATLAB仿真计算谐振腔各腔镜因失调引起的衍射损耗。计算结果表明当谐振腔边长为4cm,入射光束束腰半径为0.25mm时,凹面镜的曲率半径为0.397m,反射镜失调引起的衍射损耗近似为0,即失调对陀螺的性能没有影响。得到陀螺的极限灵敏度为1.54°/h。     

失调多腔镜型环形谐振腔共轭光轴位置精度分析

为了详细分析由多个反射镜构成的谐振腔内的闭合光轴(共轭光轴)的特性以及存在条件, 首先从光束传输坐标变换的角度, 分析了由多个平面镜所构成的谐振腔的共轭光轴存在条件, 得出了奇数平面镜谐振腔仅当平面镜间具有高精度的相同垂直度时才存在闭合光轴, 而偶数平面镜谐振腔总是存在闭合光轴的结论, 并给出了腔共轭轴随腔镜方向失调而产生的角度变化关系. 然后从矩阵光学的角度分析包含球面镜的谐振腔的共轭光轴在腔镜间传输时的方向变换问题, 具体分析了由两个平面镜和一个球面镜构成的三角形环形谐振腔的闭合共轭光轴存在的问题. 结果表明, 当不同的镜子出现角度偏差时, 腔内仍然存在闭合的共轭光轴, 并给出了对应的腔轴变化以及新谐振面的位置及方向. 由此表明由于球面镜的加入降低了谐振腔共轭轴存在性对平面镜间高精度平行度的要求, 为基于高品质光学无源腔的光谱测量技术的高精度装调工作提供了理论指导.     

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。     

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。     

平板波导谐振腔耦合损失的衍射理论

计算了一板波导谐振腔的耦合损失，给出了平板波导中ＥＨ１１模的耦合损失与球镜的曲率及位置的关系。计算结果表明存在两种特定的结构使耦合损失最小。     

大口径薄片激光器失调输出特性

对大口径的薄片激光器的失调输出特性进行了理论和实验研究,V-型腔由平面输出耦合镜和凹面反射镜及孔径光阑组成。基于矩阵光学和失调衍射积分方程得到了激光器的功率失调曲线。实验测量了在200 Hz泵浦频率下加入不同孔径光阑后谐振腔失调对输出功率的影响和谐振腔失调对光束质量的影响,以及在300 Hz泵浦频率下输出功率分别与平面输出耦合镜和凹面反射镜失调的关系。实验结果表明:失调输出功率和失调角度成二次函数关系,失调容限和腔镜口径成正比,光束质量因子随失调角度的增大而变小。     

跑道形玻璃波导谐振腔滤波器的研制

采用Ag+-Na+离子工艺,在K9玻璃上制备了跑道形波导谐振腔滤波器.测试得到该滤波器自由光谱范围为FSR=0.177 nm,对比对为Cr＝7.5 dB.同时分析得到耦合器的耦合系数为κ=0.916,耦合器和环形腔的损耗因子分别为δ=0.55,γ=0.48.耦合器的两波导几乎相连、条波导边缘不规则和一次离子交换波导表面缺陷是造成该波导滤波器具有较大损耗的主要原因.通过改进工艺技术降低波导损耗,该滤波器可以用于光通信、传感等领域,也可与其它波导结构相结合实现新的功能.     

高功率激光器抗失调谐振腔的实验研究

为简化高功率激光器谐振腔结构,提高激光谐振腔的稳定性,增加基模体积,改善光束质量,提出了两种新型激光谐振腔结构,分别是带角隅反射镜的激光谐振腔和直角内圆锥面反射镜激光谐振腔。使用高功率脉冲CO2激光器,研究了这两种激光谐振腔的输出特性和腔镜失调的关系,并结合平凹稳定腔,对三种激光谐振腔的抗失调稳定性进行了对比。实验结果表明,随着全反镜或平面输出镜失调角的增加,角隅腔激光器的单脉冲输出能量下降速度小于直角内圆锥面全反镜腔。两种新型谐振腔全反镜的抗失调稳定性都超过平面输出镜。角隅全反镜谐振腔和直角内圆锥面全反镜谐振腔的抗失调稳定性均大大超过平凹稳定腔。     

全反射棱镜式谐振腔中高斯光束角度误差对本征模式偏振损耗的影响

本文引导学生将“激光原理与技术”课程中所学的高斯光束特性与布儒斯特定律相结合,以全反射棱镜式(TRP:Total Reflection Prism)谐振腔为例,研究了高斯光束在TRP面传输过程中入射角度误差对腔内本征模式偏振损耗的影响,并讨论了腔内本征模式入射角度误差、束腰位置(即束腰到棱镜面的距离)z₀和焦参数f等对偏振损耗的影响。结果表明：在一定范围内,随着角度误差的增加,s、p分量偏振损耗增大,最后趋于稳定。同时,对于同一角度误差而言,随着z₀和f的增大,s、p分量的偏振损耗减少,且相同的z₀和f的增量会引起更小的s、p分量偏振损耗。本文研究结果可对TRP腔内本征模式偏振损耗的降低、腔体结构设计及优化提供一定的理论依据。     

微小型多通道径向平板阵列CO_2激光器失调特性分析

针对一种微小型多通道径向平板阵列CO2激光器的失调特性进行了研究。利用矩阵理论,采用稳定腔结构的多通道径向平板阵列射频激励CO2激光器,确定了这种失调后的光束传输情况。取得的数据表明,小角度失调对模型的输出光强影响不大,光强仍具有高斯分布。该方案对调整精度要求较低,实用价值高。     

利用特征向量法分析有源失调腔的2维模场

利用一种用于光腔模式及光束传输模拟计算的特征向量法计算有源腔的2维失调,通过对谐振腔几何关系的求解,以及对增益进行薄层模型处理,最后利用特征向量法计算有源腔失调后的模式分布,发现失调造成了模式强度分布不均匀,并带来模式阶数的改变。计算了相应的光束质量因子,结果表明:在一定失调范围内,失调可能会带入新的模式竞争;谐振腔在一定范围的失调情况下,各阶模式的光束质量可能变好,也有可能变差,随着模式阶数的增加光束质量整体趋势是越来越差;原来简并的模式可能不再简并。该方法可以为计算失调后谐振腔的模场带来方便。     

利用特征向量法分析有源失调腔的2维模场

 利用一种用于光腔模式及光束传输模拟计算的特征向量法计算有源腔的2维失调,通过对谐振腔几何关系的求解,以及对增益进行薄层模型处理,最后利用特征向量法计算有源腔失调后的模式分布,发现失调造成了模式强度分布不均匀,并带来模式阶数的改变。计算了相应的光束质量因子,结果表明:在一定失调范围内,失调可能会带入新的模式竞争;谐振腔在一定范围的失调情况下,各阶模式的光束质量可能变好,也有可能变差,随着模式阶数的增加光束质量整体趋势是越来越差;原来简并的模式可能不再简并。该方法可以为计算失调后谐振腔的模场带来方便。     

Propagation properties of beam generated by Gaussian mirror resonator

Based on scalar diffraction theory, propagation properties of beam generated by Gaussian mirror resonator were investigated. Explicit expressions for the field distribution of the beam that propagate through a paraxial optical ABCD system were derived and numerical examples were given to illustrate our analytical results.     

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。     

Propagation properties of beams generated by Gaussian mirror resonator in uniaxial crystals

Based on the paraxial vectorial theory of beams propagating in uniaxially anisotropic media, we have derived the analytical propagation equations of beams generated by Gaussian mirror resonator (GMR) in uniaxial crystals, and given the typical numerical example to illustrate our analytical results. Due to the anisotropy crystals, the ordinary and extraordinary beams originated by incident beams generated by GMR propagate with different diffraction lengths, thus the linear polarization state and axial symmetry of the incident beams generated by GMR do not remain during propagating in crystals.     

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。     

Propagation properties of the beam generated by Gaussian mirror resonator passing through a paraxial ABCD optical system

By expanding a hard aperture function into a finite sum of complex Gaussian functions, approximate propagation formula is derived in the situation that the beam generated by Gaussian mirror resonator passes through a paraxial ABCD optical system with an annular aperture. The corresponding forms for a circular aperture and a circular black screen are also given. Some numerical simulations are shown to illustrate propagation properties and focusing properties of the beam passing through a paraxial ABCD optical system with the three different kinds of aperture.     

结构偏心对开放式同轴谐振腔性能的影响

 采用CST微波工作室软件,数值模拟了内外导体轴线偏心对开放式同轴谐振腔的影响。结果表明：不管是内外导体的轴线发生平行偏心,还是倾斜偏心,都引起开放式同轴谐振腔的谐振频率、品质因数和场振幅实质性下降;其中,倾斜偏心产生的影响比平行偏心更为严重。