环状球差透镜对超高斯光束光束质量的影响

以桶中功率及β值为光束质量评价参数,分析了环状球差透镜的球差系数、遮拦比等参数对超高斯光束光束质量的影响。研究表明,在几何焦面和实际焦面的桶中功率曲线是不同的,选用适当参数的负球差环状透镜, 可获得比无球差环状透镜更高功率/能量集中度的光束。     

卡式系统装调对高功率激光光束远场聚焦性能影响研究

以广义惠更斯-菲涅尔衍射理论为基础,采用Zernike多项式描述像差光束畸变波前相位,研究超高斯光束因卡式系统加工和装调导致波像差劣化后,通过传输在远场聚焦性能。分析主次镜系统波像差下降到1/13λ左右时,对应像散和慧差对聚焦位置处光强分布和光斑桶中功率PIB影响。结果表明:相对理想系统,像差会导致聚焦位置处光束展宽,80%处桶中功率PIB下降明显,但对应95%能量范围光斑直径在设计值允许范围内,仍然满足总体使用要求。     

环状光束通过透镜的聚焦特性研究

给出了环状光束在柱坐标系下的一种描述模型,并利用广义衍射积分理论,推导出环状光束经过近轴ABCD光学系统的传输公式.在此基础上,通过数值模拟方法定量分析了环状光束的聚焦光强分布以及焦面处的桶中功率.研究结果表明,环状光束的聚焦特性与光束阶数以及系统菲涅耳数有关;环状光束在实际焦面和几何焦面上的桶中功率均随着遮拦比的增大而降低,而随着系统菲涅耳数的增大而增大.在实际工作中,通过合理地选取系统菲涅耳数和光束遮拦比可以有效地控制环状光束聚焦后的光束质量.     

氧碘化学激光器UR-90腔光束质量研究

概括了光束质量的表示方法, 由衍射极限倍数的定义出发, 提出重点在于选取光斑直径, 而且可把光斑测量归结到电子测试仪对剪切电平的测量上。给出了电子测试仪的测试原理, 由所测光斑直径计算了氧碘化学激光器U R290腔的光束质量指标—衍射极限倍数, 达到了1.2～1.6倍衍射极限, 最后进行了误差讨论。     

非稳腔中调腔孔对光束质量的影响

在中、远红外波段的激光器中，组成谐振腔的反射镜基底材料多数是对可见光不透明的，采用在腔镜上开一小孔输入调腔光方法是最简便的。本文用Ｆｏｘ－Ｌｉ迭代法计算了无开孔及有开孔时正支非稳共焦腔空腔的模式，结果表明当调腔光开孔直径小于３ｍｍ时，对光束质量基本没有影响。     

氧碘化学激光器UR-90腔光束质量研究

 概括了光束质量的表示方法, 由衍射极限倍数的定义出发, 提出重点在于选取光斑直径, 而且可把光斑测量归结到电子测试仪对剪切电平的测量上。给出了电子测试仪的测试原理, 由所测光斑直径计算了氧碘化学激光器U R290腔的光束质量指标—衍射极限倍数, 达到了1.2～1.6倍衍射极限, 最后进行了误差讨论。     

高功率激光器腔镜热变形对输出光束质量的影响

利用有限元分析法结合Fox-Li迭代法,考虑腔内本征模式与腔镜热形变的相互耦合作用,计算模拟了正支共焦非稳腔的本征模式分布,定量分析了高功率激光器腔镜热变形对输出光束质量的影响,重点讨论了腔镜热变形所引起的腔内本征模式相位特性的变化,并从波前功率谱密度、Zernike像差系数及光束质量值等角度对腔镜发生热形变前后的激光器输出光束的光束特性进行比较分析。研究结果表明：高功率激光器腔镜热形变对输出光束的光束质量会产生一定的影响,且随着激光输出功率的增大,镜面热形变引起的输出光束波前相位高频比例及Zernike高阶像差均会有所增大,波前畸变程度也明显变大,光束质量逐渐变差。     

高功率激光器腔镜热变形对输出光束质量的影响

利用有限元分析法结合Fox-Li迭代法,考虑腔内本征模式与腔镜热形变的相互耦合作用,计算模拟了正支共焦非稳腔的本征模式分布,定量分析了高功率激光器腔镜热变形对输出光束质量的影响,重点讨论了腔镜热变形所引起的腔内本征模式相位特性的变化,并从波前功率谱密度、Zernike像差系数及光束质量值等角度对腔镜发生热形变前后的激光器输出光束的光束特性进行比较分析。研究结果表明:高功率激光器腔镜热形变对输出光束的光束质量会产生一定的影响,且随着激光输出功率的增大,镜面热形变引起的输出光束波前相位高频比例及Zernike高阶像差均会有所增大,波前畸变程度也明显变大,光束质量逐渐变差。     

激光器腔的失调与光束质量

本文第一部分介绍了实际激光器由于腔镜失调引起的光束质量下降:空间强度分布不对称与谱线加宽等实验结果;第二部分给出了失调腔的横向本征模所满足的积分方程,并对实验结果给予讨论.     

非傍轴矢量异常空心光束的传输特性

 将Cai提出的异常空心光束的理论模型推广到非傍轴范畴,推导出非傍轴矢量异常空心光束传输的解析表达式,用以研究它在自由空间中的传输特性。研究表明,异常空心光束在传输过程中光束形状会发生变化。与高斯光束不同,非傍轴异常空心光束傍轴近似成立条件依赖于传输距离,这与异常空心光束光强分布随传输距离的变化有关。非傍轴异常空心光束远场的光束质量可用桶中功率来描述,桶中功率随f参数(波长与束腰宽度的比值)的增大而减小。     

泵浦匀化对Innoslab激光放大器光束质量的改善

针对结构紧凑的部分端面泵浦混合腔板条激光放大器,研究了泵浦匀化对其输出激光光束质量的改善作用。基于ZEMAX仿真软件,设计并对比分析了直接成像和波导匀化后再成像两种泵浦耦合方式对激光二极管阵列慢轴（晶体宽度）方向光强分布均匀性的影响,发现波导匀化后泵浦均匀性得到明显提升且激光二极管阵列发光坏点对泵浦成像的影响得以弱化。进一步实验验证了泵浦匀化对Innoslab激光放大器性能的改善作用：波导匀化后慢轴方向泵浦均匀度从90.6%提高到95.4%,进而使3通放大后输出激光光束质量因子M²从2.41提升到1.55,并且有效抑制了多通放大腔内的自激振荡。     

非稳腔输出环状激光束的传输特性

本文从菲涅耳衍射积分公式出发研究了激光器非稳腔输出环状光束在空间的传输规律.由轴上光强的极值点位置给出了划分非稳腔传输空间的近场、中场和远场区域公式.理论计算结果表明,非稳腔输出端环状光束在中场区域激光能量逐渐向轴心方向转移,而在远场变为爱里型圆盘状光束的过程.在非稳腔脉冲TEA CO_2激光器上测得的实验结果与理论计算结果很好地符合.     

Estimation of output beam characteristics of laser with unstable resonator and turbulent active medium

In this paper we present calculations of the three-dimensional mode structure and output beam characteristics of unstable resonator with turbulent active medium. The calculations of the output beam are carried out in the Fresnel approximation using the well-known iterative method [1]. The active medium is modeled as a series of phase screens with Kolmogorov statistics. The dependence of output radiation parameters of the gas flow laser with unstable resonator on the strength of turbulence in active medium and parameters of resonator is under consideration.     

A hybrid unstable-waveguide resonator and output characteristics of a gap CO2-laser with high-frequency excitation

Experimentally and theoretically, we investigate the energy and spatial parameters of CO₂-laser generation with a gap active-medium geometry, high-frequency excitation, and an unstable-waveguide resonator. A generation power of 54 W is achieved in the continuous regime with the shape of the output radiation beam close to an axisymmetric one without resorting to external correcting optics. S. A. Esenin Ryazan State Pedagogical University, 46 Svoboda Str., Ryazan, 390000, Russia. Translated from Zhurnal Prikladnoi Spektroskopii, Vol. 66, No. 6, pp. 784–790, November–December, 1999.     

加入增益介质的表面等离子体激元耦合共振波导传输特性理论研究

将增益介质加入金属环构成的表面等离子体激元耦合共振波导,利用传输矩阵及时域有限差分方法研究了不同增益系数下该耦合共振波导的透射谱线、色散关系以及群折射率.结果表明,增益介质共振频率附近的反常色散及正常色散变化能有效影响由共振波导几何结构决定的色散关系曲线,且具有相反的效果,分别使其变得平坦和陡峭,从而放大和缩小由共振波导几何结构决定的群折射率.另外,增益系数随外加抽运光改变的特点使得加入增益介质的耦合共振波导具有传输性能可灵活调节特性.文章的研究对促进耦合共振波导在高密度光学集成中的广泛应用具有积极意义. 关键词： 增益介质 耦合共振波导 表面等离子体激元 群折射率     

An unstable confocal resonator with unitized output coupling

The structure and the output characteristics of an unstable confocal resonator with unitized output coupling were studied in detail. The output power, the electrical-photo conversion efficiency and far-field intensity distribution of high-power transverse flow cw CO₂ laser with unitized output coupling unstable resonator (the geometrical magnification parameter M is equal to 1.5) have been measured. The output power is larger than 1.8 kW; the electrical-photo conversion efficiency is as high as 14% and the far-field divergency (total angle) is about 2 mrad. Control experiments show that under otherwise equal conditions the output power and the efficiency of an unstable resonator with scraper plate coupling are 1.2 kW and 9.2%, respectively.     

Optical quality measurements on beams generated by a stable multipass resonator and a hybrid stable–unstable resonator

Using the same radio-frequency excited slab device, we have comparatively studied two different optical schemes defining a stable multipass resonator and a hybrid stable–unstable resonator. A thorough analysis of the beams extracted from the two laser setups shows that the stable folded resonator can produce a quasi-TEM₀₀ output, at a variance with the hybrid stable–unstable resonator which always generates undesired low-power side lobes.     

周期椭圆螺线管聚焦带状电子注的理论研究和粒子模拟

带状电子注真空器件是一种很有潜力的高功率微波毫米波器件,其中带状电子注的稳定传输和聚焦是该器件的关键。针对带状电子注的聚焦和传输,提出采用周期椭圆螺线管结构来稳定传输高椭圆率的带状电子注。通过理论分析,得到椭圆螺线管的磁场分布情况,研究了该磁场下带状电子注的运动情况,并且推导出带状电子注在周期椭圆螺线管结构中稳定传输的条件。最后,采用粒子模拟验证了该稳定传输条件。     

High beam quality and compact diode end-pumped Nd:YVO<Subscript>4</Subscript> slab laser with a hybrid resonator

A compact, high power and high beam quality diode-end-pumped CW Nd:YVO₄ slab 1064 nm laser with a hybrid resonator is demonstrated. The maximum output power of 23.0 W is obtained under the pump power of 66.7 W, which gives the slope efficiency and optical conversion efficiency of 52.0 and 34.0%, respectively. The beam quality M² factors are measured to be 1.5 in the unstable direction and 1.7 in the stable direction. The power stability of the LD end-pumped slab laser at an output power of 19 W is measured to be 0.7% for half an hour operation.