光学补偿LD侧向非均匀泵浦全固化激光器

采用定向棱镜谐振腔、半圆柱面LD阵列交错侧向泵浦两根串接NdYAG激光棒、热传导冷却结构,研制出了一台工程实用的全固化激光器.定向棱镜腔内振荡光线平行于光轴的对称位置交换穿行,匀化了增益,降低了模序数;同时,定向棱镜准相位共轭特性和自准直作用在一定程度上修正波前畸变、热光楔以及热致双折射,保证了大的动态范围内热稳定性,改善了光束质量.激光器采用Cr4+YAG被动调Q,在室温条件下,工作电流为53 A、频率10 Hz时,1.06 μm单脉冲激光能量高于150 mJ、脉宽9 ns、输出稳定度±3%、束散度2.5 mrad且光轴指向稳定,远场分布近似相干平顶高斯光束.     

亚10 fs激光脉冲产生中的受激拉曼散射与四波混频效应

自行搭建的自锁模钛宝石激光器工作在下稳区的上边界附近,采用熔融石英棱镜对在激光器谐振腔的腔内和腔外同时进行群速度色散补偿.随着腔内棱镜对提供色散补偿的变化,输出激光脉冲的频谱会突然展宽至664—840nm,其空间模式也由基横模变化至衍射环状结构,这是受激拉曼散射和四波混频效应导致锁模激光脉冲频谱进一步展宽的结果.在此状态下自锁模钛宝石激光器可实现670—865nm范围的波长调谐.如此宽的频谱为钛宝石激光器产生亚10fs激光脉冲提供了必要的条件. 关键词： 飞秒激光脉冲 受激拉曼散射 四波混频 群速度色散     

角锥棱镜腔Nd:YAG/Cr4+:YAG被动锁模激光器的研究

理论分析并数值模拟了腔内光强随角锥棱镜旋转的变化,实验证明在角锥棱镜腔Nd:YAG/Cr4 :YAG被动锁模激光器中,偏振耦合输出得到了锁模深度和锁模几率近乎100%的线偏振被动锁模脉冲输出.通过旋转角锥棱镜改变偏振耦合输出、调节腔内光强,可以得到被动锁模和被动调Q两种状态的脉冲输出,脉冲能量166.5 mJ/pulse,脉冲动静比高达59.7%.     

交叉棱镜望远镜腔激光器

本文提出了一种交叉棱镜望远镜腔,并用该腔进行了重复频率YAG调Q激光实验.理论分析和实验表明,该腔的机械稳定性好,选模能力强,对激光工作物质的光学质量要求不高.用该腔组成的激光器很容易得到发散角小于1mrad、强度为10MW量级的激光束.     

切削微角锥棱镜型超高定向反射膜的分析与测试

采用几何光学法对切削微角锥棱镜薄膜结构单元的反射特性进行理论分析,采用光学仿真软件对该结构单元的反光性能进行模拟验证,并与传统微角锥棱镜薄膜结构单元进行对照.结果表明,理论中,当平行光垂直于结构底面入射并忽略吸收时,该切削结构薄膜单元可实现完全定向反射,而相同条件下,传统微角锥棱镜结构薄膜单元定向反射率为66.7%.模拟仿真的定向反射率分别是92.3%和62.4%.建立了薄膜定向反射率测量方法,对具有上述两种结构单元的薄膜样品的定向反射率进行测试,测试结果分别为67.8%和39.5%.     

高功率单频氩离子激光器

一、前 言 单频氩离子激光器输出的激光不但功率较高,更主要的是单色性非常好,即有很长的相干长度.因此,对于全息术研究和全息术应用来说,它是比较理想的一个光源.人们使用它,可以顺利地制作大体积、大景深目标的全息图.例如,在全息干涉计量中,被测试的物体尺寸甚至可大到几米,这就扩大了全息干涉计量方法的应用范围. 通常的氩离子激光器运转在多谱线、多模和多频状态,要获得单频输出,必须对激光器进行模式选择.选模的方法很多,谱线选择通常是在激光腔内加色散元件(如色散棱镜、布儒斯特棱镜)、横模选择一般是在激光腔内加小孔光栏以抑制高…     

温度扰动对棱镜式激光陀螺特性的影响

考虑温度扰动的情况下,对光在棱镜表面反射和折射的传输矩阵进行了修正.根据激光环形腔自洽理论,建立了温度扰动下的棱镜式激光陀螺腔内光束传输物理模型,分析了温度扰动对陀螺频率偏移、标度因数等参数的影响.理论分析表明,当温度在-40~70℃范围波动时,激光陀螺光学腔长变化量、频率偏移量和标度因数变化量依次为10.04μm、0.011 MHz和1.96×10~(-10).建立了棱镜式激光陀螺变温实验系统,实验结果与理论分析相吻合.     

角锥棱镜谐振腔激光模式模拟研究

为了探究角锥棱镜谐振腔激光模式,以角锥-平面镜腔为例,将角锥棱镜等效为衍射光栅,考虑角锥镜棱宽在谐振腔中的衍射效应以及二面角误差引起的附加相位分布对谐振腔激光模式的影响,在光学谐振腔理论的基础上,建立了求解本征模式的理论分析模型.采用快速傅里叶法数值模拟不同腔长、角锥镜棱宽和二面角误差情况下该无源谐振腔激光输出模式分布情况.结果表明,在腔长30 cm、角锥镜棱宽小于75μm、二面角误差在-10′~5′之间时,可实现光斑完整的圆形分布输出模式,且有较好的光束质量;棱宽不小于0.4 mm,二面角误差在-40′~10′之间时,光斑为TEM 03阶横模,光场呈六瓣分布;当角锥镜棱宽为0.4 mm、二面角误差为3′,腔长从30~90 cm范围内增加时,该谐振腔输出的激光模式从TEM 03转换成TEM 10.     

角锥棱镜激光谐振腔的基本特性

 分析了角锥棱镜对光束的相位变换作用，带二面角误差的角锥棱镜可等效于6块光楔的组合，其楔角的大小和方向由二面角误差决定。对在腔内往返传输的光线在镜面上的位置进行了分析，结果表明：3个二面角误差相同且不为零的角锥棱镜构成的谐振腔为约束非稳腔。用Fox-Li迭代法数值模拟得到了不同棱镜二面角误差情况下的谐振模式。模拟结果表明：圆形镜腔情况下基本振荡模式接近于TEM₀₃模的拉盖尔高斯光束；当3个二面角误差不相同时，模式中各个区域的强度分布不对称。采用3个二面角误差基本接近且绝对值较小的棱镜可以提高光束质量。     

激光晶体角色散对克尔透镜锁模激光器二阶、三阶色散的影响

对常规的带有棱镜对色散补偿的四镜腔固体克尔透镜锁模激光器,现有文献只考虑晶体的材料色散而忽略了晶体的斜入射所带来的角色散.首次给出了由于在晶体处的斜入射,不同波长的光线在该激光谐振腔中的振荡回路.给出了考虑晶体处的斜入射后二阶、三阶色散的解析表达式.并计算了斜入射带来的对激光晶体和棱镜对系统二阶、三阶色散的影响.     

一维光子晶体缺陷模激光器的放大特性

光子晶体中引入缺陷后将形成缺陷模,这些缺陷模在增益介质中将被放大形成激光。基于麦克斯韦方程和速率方程相结合的模型,用时域有限差分法(FDTD)计算和分析了一维单缺陷光子晶体激光器中缺陷模的空间分布和频谱特性,以及这些缺陷模的放大特性,主要研究了缺陷层的厚度、晶体层数对缺陷模放大特性的影响。模拟结果显示,类似于传统激光腔的腔模,这些缺陷模能够被放大,形成激光。调整缺陷层的厚度、晶体层数等结构参量,将改变缺陷模的谐振,激射频率以及空间分布,这将直接影响激射阈值和饱和特性。增加晶体的层数,激光器的阈值将降低,饱和值将增加,但晶体层数增加到一定限度时,这种增减趋势变弱。模拟结果证明了有效层数的存在。     

激光晶体角色散对克尔透镜锁模激光器二阶、三阶色散的影响

对常规的带有棱镜对色散补偿的四镜腔固体克尔透镜锁模激光器,现有文献只考虑晶体的材料色散而忽略了晶体的斜入射所带来的角色散.首次给出了由于在晶体处的斜入射,不同波长的光线在该激光谐振腔中的振荡回路.给出了考虑晶体处的斜入射后二阶、三阶色散的解析表达式.并计算了斜入射带来的对激光晶体和棱镜对系统二阶、三阶色散的影响.     

36 W侧面抽运腔内倍频Nd:YAG/KTP连续绿光激光器

通过优化平-凹-平三镜折叠腔结构设计,利用大功率半导体激光器侧面抽运、Ⅱ类相位匹配KTP晶体腔内倍频,获得高效高功率连续绿色激光输出.当抽运电流约为36 A时,得到最高36.6 W的连续绿光激光输出,对应的光—光转换效率为8.71％.在输出功率33 W时测量激光功率稳定性,其功率不稳定度为0.27%.用刀口法测量了激光器高输出功率时的光束质量,光束质量因子小于8.对高功率抽运情况下三镜折叠腔的像散补偿、失调灵敏度和基模在腔内分布情况做了数值模拟. 关键词： 侧面抽运 腔内倍频 连续波     

全反射棱镜式环形激光器耦合输出的理论分析

对采用棱镜耦合器的全反射棱镜式环形激光器的耦合输出特性进行了理论研究, 导出了有“楔形”间隙的棱镜耦合器的反射系数和透射系数表达式, 给出了反射率和透过率随“楔形”间隙高度变化的理论计算曲线, 进而研究了有关材料选取、腔内振荡分量的选取及减小棱镜耦合器对环形激光腔内模式的影响等问题. 这些研究对于全反射棱镜式环形激光器在激光陀螺、激光角速度传感器等实际应用中有重要意义.     

稳定和非稳定激光谐振腔中的自再现模讨论

本文通过菲涅耳-基尔霍夫衍射积分方法,推导了一般稳定和非稳定球面镜谐振腔中自再现模的解析表达式,揭示了从稳定腔变为非稳腔过程中自再现模的变化规律.进一步地,本文在几何光学近似条件下得到了非稳腔的自再现模,通过与衍射积分结果对比,发现基于几何光学近似得到的非稳腔最低阶偶对称模(即基模)和最低阶奇对称模的空间分布与衍射积分结果一致.而对于更高阶的自再现模,当非稳腔接近稳定腔时,几何光学近似得到的自再现模空间分布和衍射积分结果之间存在较大差异.本文的结果可以作为激光原理教学内容的重要补充.     

高光束质量高斯非稳腔固体激光器研究

为了获得高光束质量的脉冲固体激光输出,研究了高斯非稳腔固体激光器的模式分布。运用边界有限元法将谐振腔内光场衍射积分方程转化成矩阵方程组,模拟分析了平凸高斯非稳腔内光阑位置、孔径大小以及高斯镜参数对输出光束模式的影响。基于理论模拟结果对激光器结构参数进行了优化,分别测量了腔内不同光阑位置和孔径下的激光器输出光束振幅及模式分布情况。在光阑半径为1 mm、光阑距高斯镜为150 mm、泵浦电压为900 V的实验条件下,光束质量M_x~2=1. 9、M_y~2=2. 3,激光最大输出能量为280 mJ的高光束质量激光输出。实验结果表明,在腔内加入选模光阑以及优化高斯镜参数可以进一步改善腔内模式分布,获得高光束质量激光输出,这与理论模拟结果基本相符。     

腔镜变形对平凹稳腔激光振荡模式影响的数值研究

 用Fox-Li迭代法研究了激光谐振腔镜面变形对激光振荡模式的影响, 给出了几种镜面变形条件下的激光谐振腔自再现模,即镜面上光场振幅和位相分布的模拟结果。对平凹稳定腔,为获得严格的基模激光振荡,应将这种镜面变形控制在1/20波长范围内;若镜面变形超过1/10波长,则该谐振腔不存在严格的基模自再现模。同时,高功率激光腔镜的边缘冷却方式将造成较大的镜面形状变化,从而影响激光光束质量。     

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"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.     

群速弥散补偿的飞秒激光器的动态性能研究

本文研究了普通的CPM环型染料激光器和棱镜补偿光脉冲的群速度弥散及自相位调制的CPM环型染料激光器的动态性能;实验测量了锁模激光脉冲的光谱随可饱和吸收体DODCI的浓度变化,在腔内正群速度弥散过量时,光脉冲频率发生正啁啾,光谱分布发生反转。     

L波段高阶模抑制型磁绝缘线振荡器研究

根据磁绝缘线振荡器(magnetically insulated transmission line oscillator, MILO)中基模(TM₀₀模)与临近高阶模(HEM₁₁模)高频场分布的区别,采用破坏各腔之间HEM₁₁模π 模谐振条件的方式抑制器件中高阶模产生的方法,提出了高阶模抑制型MILO. 运用三维全电磁粒子模拟软件对高阶模抑制型L波段MILO器件进行模拟研究, 数值模拟结果表面该方法能够抑制器件中HEM₁₁模的产生.在此基础上对器件进行了对比性实验研究, 实验结果表明高阶模抑制型器件能够抑制HEM₁₁模的产生,稳定工作在基模.