分数自成像平面波导的光束组束

研究了激光束在分数自成像平面波导中的传输特性,提出了利用分数自成像平面波导进行光束组束的技术方案,讨论了激光束之间相位失配对光束组束的影响,并对两个输出平均功率为300W的板条激光器的光束组束进行了数值实验模拟.结果表明,分数自成像平面波导的光束组束可以有效地改善多个激光器组束后的光束质量因子M²,从而提高激光输出的亮度;而且这种组束方法对激光束之间相位失配的敏感度明显降低. 关键词： 分数自成像 平面波导 组束 光束质量     

基于组合模理论设计的激光二极管阵列外腔

针对激光二极管阵列提出了“组合模”慨念,计算了组合模的远场分布,每个组合模在远场的空间分布呈双瓣结构,基于激光二极管阵列组合模的远场分布特征,设计了离轴外腔反馈的激光二极管阵列,运用此装置所获得激光二极管阵列的远场分布有了明显变化,与自由运转的激光二极管阵列相比,离轴外腔反馈的激光二极管阵列远场宽度减少了4.3倍,在抽运电流为16 A时,测得输出激光的功率1.82W,这相当于相同电流下自由运转激光器输出功率的79％.组合模理论不仅可以用来指导设计一维离轴外腔反馈激光二极管阵列,而且也可以用于设计二维离轴外腔反馈激光二极管阵列.二维离轴外腔反馈激光二极管阵列可以产生高功率,高光束质量输出的激光.     

基于组合模理论设计的激光二极管阵列外腔

针对激光二极管阵列提出了"组合模"概念,计算了组合模的远场分布.每个组合模在远场的空间分布呈双瓣结构.基于激光二极管阵列组合模的远场分布特征,设计了离轴外腔反馈的激光二极管阵列.运用此装置所获得激光二极管阵列的远场分布有了明显变化.与自由运转的激光二极管阵列相比,离轴外腔反馈的激光二极管阵列远场宽度减少了4.3倍.在抽运电流为16 A时,测得输出激光的功率1.82 W,这相当于相同电流下自由运转激光器输出功率的79%.组合模理论不仅可以用来指导设计一维离轴外腔反馈激光二极管阵列,而且也可以用于设计二维离轴外腔反馈激光二极管阵列.二维离轴外腔反馈激光二极管阵列可以产生高功率,高光束质量输出的激光.     

射频激励板条波导CO2激光器远场空间压窄单峰输出模式特性的实验研究

报道了射频激励扩散型冷却板条波导CO₂激光器远场呈空间窄单斑分布的模式特性及其模式演化过程的实验现象,实验研究了远场出现压窄单斑时的模式结构.通过实验研究发现实验中所获得的近场呈多点分布和远场呈空间窄单峰分布的板条波导激光器输出模式是一种新的单模频振荡模式. 关键词：     

高功率激光的光学特性测试

由于激光核聚变研究工作的需要,促进了高功率钕玻璃激光器系统的发展。为了评价高功率钕玻璃激光器系统的光束质量,我们对某些激光的光学特性进行了测试,其中包括激光束近场的能量空间分布,激光束远场的特性和发散角,激光束波前的畸变和相干性,激光光谱等。文中的测试结果是在激光器件输出单脉冲功率水平为10~(10)W和10~(11)W的情况下进行的。     

激光器的部分相干性对光纤激光器阵列相干合成远场图样的影响

考虑光纤激光器阵列相干合成的远场分布时，一般都认为单个激光器的输出光束是理想的高斯光束，实际上受各种因素的影响，一般激光器的输出光束都是一部分相干光.从部分相干光的高斯-谢尔模型出发，首次推导出了当单个激光器的输出光束是部分相干光时，激光器阵列相干合成的远场光强分布模型，并给出了数值模拟计算结果. 关键词： 光纤激光器阵列 相干合成 部分相干光     

激光束整形光学系统的设计与研究

提出了一种改善激光投线仪光束均匀性的新方法,该方法运用几何光线追迹的原理,对激光束通过带孔柱透镜的光路进行了计算,模拟了柱透镜内孔在不同大小、形状、透镜介质折射率等参数下的光束远场能量分布,获得了能量分布均匀的远场激光线.     

高能脉冲激光远场多参量测试系统设计

为研究高能脉冲激光远场光束质量,设计了一套激光远场多参量测试系统.首次将远场激光束的空间分布、脉冲波形和中心能量测试纳入到一个体系中.从总体设计、硬件构成、软件设计等三个方面对系统进行了阐述,重点介绍软件系统的实现过程.光束质量测试系统能够有效地获取远场激光的时空参数,为进一步进行远场激光性能评价奠定了基础.     

一种大面积高能激光光束参数的在线测量方法

 提出了一种大面积连续波高能激光光束参数的在线测量方法——环形光刀扫描测量法。该方法采用偏心安装的斜面环形光刀高速扫描反射，光电探测器阵列沿反射光圆周均匀布置探测，使得绝大部分被测激光沿原光路传播，只有少量取样光被反射到探测器阵列上。通过对采集得到的探测器响应信号进行空间映射计算和图像复原，得到激光束的光强分布参数。该方法可用于光束直径数百mm的高能激光光束测量，测量空间分辨率约2 mm，时间分辨率为30~50 ms。     

相干激光阵列的逆达曼光栅合束孔径装填实验研究

提出一种相干激光阵列合束孔径装填的新方法,采用逆达曼光栅及相位补偿原理将多束锁相相干的阵列激光合束装填为远场单一主瓣的光束,给出了相应设计方案,并进行了模拟相干激光阵列合束孔径装填的原理性演示实验。实验结果表明,这是一种实现高功率和高亮度激光的有效技术方案。逆达曼光栅用于相干阵列激光合束是基于远场衍射原理,阵列面和光栅面为严格的傅里叶变换关系,具有原理简单、性能稳定可靠的特点,能够控制输出光束尺寸及其远场光束宽度,对于发展紧凑型、轻量化和高光束质量的高功率激光器系统具有重要意义。     

射频激励相移阵列谐振腔波导CO2 激光器输出特性研究

In this paper, an optical array resonator with phase-shifting end mirror has been combined with the RF-excited diffusively cooled slab waveguide CO₂ lasers to obtain a desirable output laser beam with single-peaked far-field intensity distribution, which is highly spatially suppressed with the merits of high brightness and good characteristics of propagation. In the experiments, a maximum output power of 46 W and highest conversion efficiency of 11.3% have been obtained from a 200-mm-gain-length device. The laser beam intensity distribution acquired has similar characteristics to the ouptut beam from laser arrays due to the periodical structure of the phase-shifting total reflector, and has an excellent stability due to the mode-selection capability of this type of resonator. In this paper, theoretical analysis is also given, based on which corresponding theoretical model is established, the practical feasibility is shown, and the laser beam output with characteristics of in-phase array mode is predicted. The systematical experimental investigation indicates the prominent influence of the parameters of the phase-shifting array end mirror on the property of the output beam. Furthermore, the manufacturing errors of the phase-shifted array resonator are analyzed and the analysis provides a theoretical guide to the design of this type of lasers.     

输出环状光束的新型激光谐振腔

提出一种输出环状光束的新型激光谐振腔,即在稳定激光谐振腔中采用外环耦合方式得到环状光束的输出。利用For-Li数值迭代算法求解此类激光谐振腔的积分方程,通过计算机编程计算了平面一凹球面稳定谐振腔的输出端平面镜在不同半径的情况下,谐振腔镜面上和衍射耦合输出场基模的振幅和相位分布。计算结果预示了当输出端平面镜半径小于通常的稳定腔的基模半径时,衍射耦合输出场有稳定的环状光束输出。实验中TEA CO2激光器采用印刷电路板预电离结构,增益长度90cm,腔长5m,球面全反射镜曲率半径20m,输出端平面镜半径4．5mm,得到了内环半径为4．5mm、外环半径为5．5mm的基模环形光斑输出。从而在理论上和实验上证实了该方案产生环状光束的可行性。     

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。     

高功率毫米波圆波导半径微扰模式变换器的优化设计

从半径渐变波导的耦合波方程出发,利用龙格-库塔法进行优化数值迭代,得到在3 mm波段,TE03-TE02, TE02-TE01高效率模式变换器的设计参数。通过优化程序,设计出了6周期TE03-TE02和3周期TE02-TE01模式变换器优化尺寸。利用CST微波工作室电磁仿真软件对结构尺寸进行优化仿真,仿真结果与优化程序计算结果基本一致。以此数据设计中心频率94 GHz的TE03-TE02,TE02-TE01模式变换器功率转换效率可以达到98.5%以上,90%功率转换的绝对带宽分别达到3.5和7.0 GHz以上,优于设计要求。     

Design of SMMW Laser Resonators with On-Axis Signal and Pump Beam Guiding in a Mirror Ring

A ring resonator design for optically pumped submillimeter wave (SMMW) lasers using the same set of four mirrors (including one focussing mirror) for pump beam and SMMW beam guiding is introduced.The optimum design is discussed on the example of a 2.523 THz methanol laser. It turns out that the focal length of the focussing mirror has to be adapted to the resonator perimeter. Eleven well suited focal length - resonator perimeter ratios, defining eleven standard resonator configurations, can be distinguished.The setup of an experimental laser with the optimized resonator and the experimental setup to measure laser performance are described, and results concerning laser output power, beam quality and efficiency are discussed.This paper is the extended version of the paper presented on the 23rd International Conference in Colchester [1] and continues a former article presented in this journal [2].     

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.     

高光束质量、高功率稳定性激光器的设计及实验研究

高光束质量、高功率稳定性激光器在激光加工、激光测量等领域具有广泛的用途.为了实现激光器腔内光斑聚焦同时减少色散和体积,人们常常将曲面反射镜用在激光谐振腔中,但光束倾斜入射到曲面反射镜往往会引起像散,从而导致光斑质量恶化,并降低激光器的性能.另一方面,在高功率激光器或超短脉冲激光器中,激光增益介质热透镜焦距的起伏,是导致激光输出功率波动的主要原因之一.针对激光器的像散和功率波动这两个问题,本文提出了一套简单高效的解决方案,在考虑像散补偿和热透镜效应的基础上,基于传播变换圆理论,首次提出一种可实现高光束质量、高功率稳定性激光器谐振腔的设计方法,并对采用该方法所设计出的超短脉冲激光器进行理论与实验研究.研究结果表明,利用该方法设计的激光谐振腔,两端臂像散能够完全被补偿,实验上实现了基模高斯光束输出;当激光晶体热透镜焦距改变时,该方法所设计出的激光谐振腔内各关键位置光斑半径的变化,显著地小于普通谐振腔,在相同外界条件下,其输出激光功率稳定性明显优于普通激光器.     

The research of phase-locking of more discharge tubes for two-dimensional axisymmetric-fold combination resonator CO2 laser

A method of reflection-injection phase-locking used on two-dimensional axisymmetric-fold combination resonator (ASFC) CO₂ laser has been proposed. The structure characteristics and the method of phase-locking have been introduced. The expression of output light intensity distribution has been deduced by matrix theory and Collins Formula and the output light intensity distribution has been numerically calculated and simulated. Comparing the output light intensity distribution in the case of phase-locking with that of non-phase-locking. The result shows that this method of phase-locking greatly improve the characteristics of output beam.     

大口径谐振腔式固体激光中的动力学不稳定性研究

大口径谐振腔式固体激光定标到足够高功率后,由于非稳定腔内激光不对称振荡导致介质上激光强度横向不均匀,激光提取与介质产热耦合会引起激光输出功率和光束质量在时域上的不稳定性。针对三种激光器构型:Nd:YAG薄片、Yb:YAG薄片和浸入式液冷叠片激光器,通过理论分析与数值模拟揭示了其各自不同的光热耦合机制及其影响因素,给出了激光输出的瞬态演化规律。结果表明,前两种构型中基于激光动力学的光热耦合具有饱和效应,其动力学不稳定性只出现在特定参数区间,可以通过恰当的设计加以避免;第三种构型中动力学不稳定性表现出明显的阈值特征,在强光状态下只能通过减少冷却液吸收系数来抑制。     

Study on the possibilities of controlling the laser output beam properties by an intracavity deformable mirror

The possibilities of controlling the laser beam properties by a deformable mirror introduced into the laser optical cavity were studied theoretically and experimentally. The experiments were performed under conditions of an industrial high power transverse flow cw CO₂ laser operating with a stable resonator of a folded configuration. A deformable bimorph mirror of a surface profile controlled by the voltage applied to the mirror electrodes is implemented to the laser system as a back cavity mirror or as a one of the inner folding mirrors. The near-and far-field characteristics of the laser beam versus the resonator configuration controlled by the changes of the focal length of the deformable mirror are discussed in the paper. The analysis reveals that the resonator with an inner deformable mirror is much more sensitive to the mirror curvature variations than the resonator in which the deformable mirror is used as a back cavity mirror. The presented results show that dynamic and controllable changes in the resonator properties result in the controlled modification and optimisation of the laser output power and spatial parameters of the laser radiation.