光束质量与光束质量因子

应用标量光场光强的传统定义 ,推导了具有轴对称性的傍轴标量光束的光强二阶矩的传输规律。在此基础上 ,给出了光束的束腰半径、远场发散角及光束质量因子M2 ,并证明了光束质量因子M2 1。应用标量光场光强的精确定义 ,计算了非傍轴标量高斯光束的质量因子 ,结果表明 :当ω0 λ时 ,光束质量因子M2 可以小于 1,并随光束的束腰半径趋于零而趋向于零 ;ω0 >λ时 ,高斯光束的质量因子M2 非常接近于 1,且随光束束腰半径的增大迅速趋向于 1。此外 ,文章还对一些相关的问题进行了讨论。     

非傍轴平顶高斯光束M2因子两种定义的比较研究

基于功率密度的二阶矩方法,推导出了非傍轴平顶高斯(FG)光束束宽和远场发散角的解析表达式·研究表明,当w0/λ→0时,远场发散角趋于渐近值θmax=63.435°,与阶数无关·使用非傍轴高斯光束代替傍轴高斯光束作为理想光束,研究了非傍轴FG光束的M2因子,并与传统定义的M2因子作了比较·在非傍轴范畴,非傍轴FG光束的M2因子不仅与阶数N有关,而且与w0/λ有关·按照定义,当w0/λ→0时,非傍轴FG光束的M2因子不等于0,对阶数N=1,2,3时,M2因子分别趋于0.913,0.882和0.886·当N→∞时,M2因子取最小值M2min=0.816·     

非傍轴平顶高斯光束M2因子两种定义的比较研究

基于功率密度的二阶矩方法，推导出了非傍轴平顶高斯(FG)光束束宽和远场发散角的解析表达式.研究表明，当w0/λ→0时，远场发散角趋于渐近值θmax=63.435°，与阶数无关.使用非傍轴高斯光束代替傍轴高斯光束作为理想光束，研究了非傍轴FG光束的M2因子，并与传统定义的M2因子作了比较.在非傍轴范畴，非傍轴FG光束的M2因子不仅与阶数N有关，而且与w0/λ有关.按照定义，当w0/λ→0时，非傍轴FG光束的M2因子不等于0，对阶数N=1, 2, 3时，M2因子分别趋于0.913,0.882和0.886.当N→∞时，M2因子取最小值M2min=0.816.     

部分相干高斯-谢尔模型光束在介质中传输的M2因子

在波数K为复数的情况下,对部分相干光强度二阶矩及M2因子的定义进行了修正。以部分相干高斯谢尔模型(GSM)光束为例,讨论了光束在介质中传输时M2因子的变化。研究结果表明,部分相干光束在增益或损耗介质中传输时的M2因子与光束在无增益无损耗介质传输时的M2因子具有不同变化特性,此时,M2因子不仅只与部分相干光的相干参量β有关,且随着传输距离B和表征介质增益(或损耗)特征Ki的增大而增大(或减小);随着相干长度σ0的具体尺寸、波数实部Kr的减小而增大(或减小)。为控制光束质量提供几种有效的途径。     

30W级第二代钠信标激光器研究

采用Nd:YAG 1064与1319 nm激光在非线性晶体 LBO中和频,获得了高功率、高光束质量、窄线宽的准连续微秒脉冲钠信标激光.该钠信标激光平均输出功率为33 W,光束质量因子M2＝1.25,线宽小于0.4 GHz,波长为589 nm,并可精确调控到钠原子D2谱线,稳定性优于±0.3 GHz,重复频率为500 H...     

采用扩展的Nijboer-Zernike方法的激光光束特征值检测

采用扩展的Nijboer-Zernike(NZ)方法的逆运算,由焦平面区域的两幅强度图像,获得激光光束出瞳面的振幅信息和相位信息,进而给出激光光束质量因子M2、束宽、束散角、瑞利长度。构建了满足精度要求的实验系统,对一个He-Ne激光器在两天内进行两次测试。将得到的波前相位与相位差异法得到的波前相位进行比较,证明激光波前相位测试结果合理;将得到的特征值数据与M2-200s-FW型激光光束分析仪得到的数据进行比较,证明激光光束特征值测试结果合理。对比两天测试结果,说明该测试系统是稳定可靠的。     

高重复率电光调Q的高光束质量Nd∶YVO_4板条激光器

部分端面抽运混合腔板条激光器可以在紧凑的空间内实现大功率高光束质量的激光输出。利用这一技术并结合具有增益高、荧光寿命短等特点的Nd∶YVO4晶体 ,配合新型高重复率的电光Q开关 ,易于实现高频窄脉冲高光束质量的激光输出。在德国EdgeWaveGmbH进行了混合腔电光调Q激光器的合作研究中 ,实现了高重复率近衍射极限的输出 ;在以 5kHz的高重复率运转时 ,获得了单脉冲能量 7 2mJ ,脉宽 5 7ns,平均功率约 36W的脉冲 ;当重复率高达 5 0kHz时 ,输出的激光脉冲的参量是单脉冲能量 1.6mJ,脉宽 9 5ns,平均功率超过 80W。实验所测的光束质量因子M2 小于 2。     

20 W腔外倍频全固态Nd∶YAG绿光激光器

研制了一台高光束质量的全固态Nd∶YAG激光器 ,采用KTP腔外倍频 ,获得了大于 2 0W准连续绿光输出 ,峰功率可达 1.15× 10 5W ,光束质量因子M2 值约为 4。     

复宗量厄米-高斯光束在大气湍流中的传输特性

采用广义惠更斯-菲涅耳衍射积分方法和Wigner分布函数的二阶矩定义,推导出在直角坐标系下激光光束经大气湍流传输的远场发散角、束宽以及M2因子的解析表达式,并以复宗量厄米-高斯(EHG)光束为例,定量分析了EHG光束在大气湍流中的传输特性。研究表明,光束在大气湍流中传输后的M2因子与入射面上的M2因子、入射面的二阶矩、传输距离、波数以及湍流的影响因子有关;随着在大气湍流中传输距离的增加,EHG光束的远场发散角、束宽和M2因子均会逐渐增大;大气湍流对高阶EHG光束的远场发散角、束宽和M2因子的影响更小;EHG光束在大气湍流中的M2因子与传输距离、湍流的折射率结构参数、光束波长、光束阶数以及基模高斯光束的束腰宽度密切相关。     

基于CCD测量激光光束质量M~2

设计并搭建了一套基于CCD测量激光光束质量M2的系统。采用CCD测量激光光束在不同位置处的光束直径,通过非线性最小二乘法拟合测量数据获得光束腰斑直径和远场发散角,再通过公式计算得到激光光束质量M~2。利用本系统测量多组数据,并与专业M~2仪所测的数据进行对比,二者一致性较好,表明采用本实验装置测量激光光束质量M~2可以有效地替代M~2仪。     

Improvement of the spatial beam quality of laser sources with an intracavity Bragg grating

We demonstrate a novel method for improvement of spatial beam quality by use of the angular selectivity of a thick phase grating inserted into various laser cavities. Preliminary experiments with an intentionally degraded beam from a Nd:YVO4 laser have enhanced beam propagation factor M2 by a factor of 4.5. Operation with a broad-area laser diode in an external cavity with a thick grating was achieved. We obtained 100 mW of cw power in a beam with an M2 of 1.3. Moreover, a reduction of the output spectrum by as much as a factor of 3.8 was obtained.     

光束的空间相干性与空间质量评价

光束空间质量评价的标准应该能够反映光束的空间相干性和强度(功率或能量)分布,并主要由空间相干性的优劣来说明.本文对模式纯度(1-δ)以及空间质量评价因子-衍射极限倍数因子M²做了讨论,并对此因子的表达形式提出了我们的改进建议.     

包层泵浦的高功率掺铥光纤激光器

研究了一种输出功率高且光束质量好的包层泵浦的掺铥光纤激光器.当泵浦功率达到30 W时,该掺铥光纤激光器产生的最大输出功率是6.1 W,且波长在2 μm左右,斜率效率达到55.6%,产生激光的阈值是2.2 W.当输出功率为3.3 W时,测得光束质量M2X和M2Y分别为1.26和1.32.     

光束质量测量的最小束斑法

基于最小束斑条件,提出一种光束质量的测试方法。用这种测试方法,在沿光轴的二个位置进行束宽测量,就可较正确给出束腰位置、束腰宽度、远场发散角和M~2因子。     

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.     

400 Hz高光束质量高功率短脉冲激光器

研制了大能量高光束质量短脉冲激光器,系统采用主振荡+预放大器+主放大器2级主振荡功率放大器(MOPA)结构。采用双棒热效应补偿改善光束质量的措施,在重复频率400 Hz时实现单脉冲能量40 mJ、光束质量因子约为1.2的激光输出。激光器放大后实现单路脉冲能量712.5 mJ、脉宽12.4 ns的激光输出,采用球差补偿的方法提高了激光器的光束质量,在最大输出功率下实现了光束质量因子小于2.3,光光效率27.7%。偏振合束后,激光器输出能量大于1.4 J。     

三倍频激光束特性传输变换的近似模型

针对具有振幅和位相扰动的激光束的三次谐波转换，理论上研究了三倍频激光束特性的传输变换，给出了光束质量Ｍ２因子、振幅和位相扰动变换的近似解析模型，可为高功率激光驱动器的设计提供理论依据。     

1.9-W flash-lamp-pumped solid-state 266-nm ultraviolet laser

Deep ultraviolet lasers have various applications in industries and scientific researches. For 266-nm ultra- violet （UV） laser generation, the good beam quality of 1064-nm laser and the elimination of gray-tracking effect of KTP crystal are two key factors. Using a dynamically stable resonator design, 1064-nm laser with an average power of 52 W is realized with repetition rate of 16 kHz. The measured M^2 factor characterizing the beam quality is 1.5. By the elimination of gray-tracking effect of KTP crystal, an 18-W green laser is realized with the M2 factor of 1.6. Using a BBO crystal for the fourth harmonic generation, a 1.9-W 266-nm UV laser is achieved.     

135 W average-power femtosecond pulses at 520 nm from a frequency-doubled fiber laser system

We present a high-average-power femtosecond laser system at 520 nm central wavelength. The laser system delivers sub-500 fs pulses with 135 W average power at a pulse repetition rate of 5.25 MHz. Excellent beam quality is provided by high power fiber amplifiers and maintained during frequency doubling, resulting in a beam quality factor of M2<1.2. To our knowledge, the system presented here is the highest average power green laser source generating femtosecond pulses with diffraction-limited beam quality.