光学非稳腔的新进展

介绍了几种能替代常规共焦非稳腔的大模体积非稳腔,分析了这类新型非稳腔在提高高功率激光器光束质量方面的技术途径和方法,并评述了其有价值的应用前景。     

硬边非稳腔平面波导激光器的光束特性

基于衍射理论和坐标变换,采用数值模拟的方法分析了硬边非稳腔平面波导激光器的光束特性,研究了存在非均匀抽运和增益饱和时,输出激光的光束质量.在端面抽运和边缘抽运时,比较了正支和负支非稳腔的输出光束特性.结果表明:利用优化的离轴硬边非稳腔可以得到近衍射极限的输出.在相同的抽运不均匀性情况下,对于边缘抽运和端面抽运,正支非稳腔的光束质量因子M2分别为3.9和2.3,而相同条件下负支非稳腔的M2因子为1.8和1.7.     

具有均匀相位耦合输出镜非稳腔的模场分析

 利用Prony[1]方法计算均匀相位输出耦合镜非稳腔的输出模场分布及远场方向性,分析了模式分辨率和光束远场发散角与系统各参数之间的关系, 理论计算得到的结果表明,可以在小放大倍率（M=1.3）情况下得到质量达到衍射极限的输出光束,与传统非稳腔比较,这种新型的谐振腔在改善氧碘化学激光器光束质量方面有一定的应用前景。     

氧碘化学激光器束转动90度环形非稳腔空心光束输出研究

 主要描述了氧碘化学激光器束转动90°环形非稳腔（UR90）空心光束输出的腔结构及几何模式特点,实验中获得了在放大率M=1.695,激光平均输出功率4.0kW时,空心光束输出的激光光束质量为3.2倍衍射极限,同时对空心光束输出特性进行了分析。     

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.     

InnoSlab混合腔输出光束质量的理论研究

对InnoSlab Laser用混合腔的输出光束质量问题从热透镜效应和腔镜的不对准两个方面的影响进行理论分析,并从远场光强分布、远场发散角、光腰半径、光束质量因子M²值和桶中功率曲线等几个角度进行了讨论,特别是离轴非稳腔方向上腔镜倾斜对光束质量的影响,利用M²值和PIB曲线两个参数共同评价非稳腔的光束质量,对目前并无统一标准的非稳腔光束质量评价问题提供了有意义的参考. 关键词： InnoSlab 混合腔 光束质量 桶中功率     

高功率TEA CO_2激光器非稳腔实验研究

为了提高光束质量、压缩光束发散角,利用现有高功率稳定腔TEA CO2激光器进行了非稳谐振腔的技术改造及激光输出试验,非稳谐振腔采用正分支虚共焦型非稳腔方案。为充分研究谐振腔结构参数及激光振荡模体积对输出能量和光束发散角的影响,共设计加工了包含4种放大率、5种模体积的20组非稳腔腔镜组合。在其它参数都相同的试验条件下,进行了非稳腔镜的单脉冲输出对比试验,得到的最大输出能量为14 J,是原平凹稳定腔的70%,而光束发散角只是原平凹稳定腔的1/4。     

球面角锥棱镜非稳腔钕玻璃激光器

为了将虚共焦非稳腔输出光束质量高和角锥棱镜谐振腔具有免调试的优点结合到一起,提出了用球面角锥棱镜构成虚共焦非稳腔的方案。利用已有虚共焦非稳腔钕玻璃激光器,设计加工了一球面角锥棱镜非稳腔钕玻璃激光器。模拟计算了两谐振腔输出光束的模式分布,然后对两钕玻璃激光器进行了实验对比研究。结果表明:实验得到的模式分布与模拟计算结果相吻合,球面角锥棱镜非稳腔钕玻璃激光器与虚共焦非稳腔钕玻璃激光器分别获得了最大2176.9J和2340.6J的能量输出,二者的电光效率与束散基本相同,分别为4.3%,0.30mrad和4.6%,0.26mrad。     

热畸变对正分支非稳腔的影响及补偿

根据非稳定光学谐振腔的几何光学理论,分析推导了正分支非稳腔由于热效应所导致的等效腔型结构的变化,给出了补偿热效应的腔型结构和相应参量..     

灯泵浦非稳脉冲调Q Nd:YAG固体激光器特性模拟

对实际固体激光器谐振腔的特性分析常常采用经验公式的模型进行预测和研究。从非稳腔衍射积分方程和激光介质速率方程出发，利用GLAD程序计算并模拟了电光调Q非稳折叠腔Nd：YAG激光器的输出光束特性，得到了近场和远场的能量分布以及脉冲宽度波形，计算结果对试验具有指导意义。     

束转动90°非稳腔设计方法

采用束转动９０°非稳腔（ＵＫ９０）将是获取低增益高功率激光器良好光束质量的极有效方法。用矩阵法对理想准直的ＵＫ９０作了模型分析计算，为其基本参数的设计提供了方法。     

大功率TEA CO2激光器非稳腔的设计与实验

相比于传统稳腔高功率TEA CO2激光器,如何在不降低功率的基础上,改善其光束质量一直研究者关心的问题。本文在原有稳腔激光器的基础上,设计了三组望远镜虚共焦腔镜,给出了完整的设计过程并进行了理论分析。同时对不同组的非稳腔激光器进行了对比实验研究,结果表明非稳腔能够在保证高单脉冲能量的基础上极大地改善激光远场发散角,其中最佳腔镜组合能够达到单脉冲能量13.7J,其发散角为1mrad（稳腔为2.4mrad）,激光脉宽50ns（稳腔为98ns）。这就为此种类型激光器应用于激光制造领域奠定了基础。     

虚共焦非稳腔腔镜倾斜对激光传输的影响

首先用几何光学方法分析了虚共焦非稳腔腔镜倾斜引起的准直光线偏离光轴,形成偏斜光线的角度灵敏度和偏斜距离灵敏度同非稳腔放大率ｍ和腔镜倾斜角β之间的关系,然后用Ｃ－６程序计算、分析了柱面条状虚共焦非稳腔单镜、双镜反向和同向倾斜三种情况下不同倾斜角对近场相位和远场强度的影响。数值结果表明,镜腔倾斜会使近场相位由均匀分布变成非均匀分布。从布导致远场光束质量变坏。     

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。     

由变反镜耦合输出的卡塞格林非稳腔激光技术研究

讨论了变反镜参数和由变反镜耦合输出的卡塞格林非稳腔参数的相互关系以及它们对激光光束特性的影响。在此理论基础上，设计了Ｎｄ：ＹＡＧＱ形状高功率高光束质量的激光系统，获得了脉冲能量为１．４ＪＥＭ００模，脉宽１０ｎｓ，重复频率１０ｐｐｓ，束散度达到衍射极限的１．１倍，其倍频效率及混频效率分别为６０％和３０％。     

激光二极管双端直接抽运混合腔板条激光器

为减少热透镜效应的影响, 获得高光束质量的激光, 本文利用激光二极管阵列双端直接抽运Nd:YVO₄, 采用负支共焦折叠混合腔结构, 获得最高功率为416 W 1064 nm的激光输出, 光–光转换效率为54.3%, 斜效率为61.6%. 在输出功率为370 W时, 光束质量因子M²在非稳腔和稳腔方向上分别为3.9和4.7.     

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。     

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.     

非均匀增益对激光模式的影响

利用快速傅里叶变换(FFT)法对有正支共焦非稳腔、流动增益介质的化学氧碘激光器(COIL)与二氧化碳激光器的模场进行了数值模拟,在此基础上分析了介质的非均匀增益对激光模式的影响,为新的腔型设计和光束质量的改善提供了依据..     

变反射率镜非稳腔可调谐Ti：Al2O3激光器

将变反射率镜（VRM）非稳腔成功地应用于可调谐Ti:Al2O3激光器,有效地提高了Ti:Al2O3激光的光束质量,并利用LBO晶体作为倍频器获得了396nm-440nm的蓝色可调谐激光输出,最大输出能量为26mJ,最高倍频效率为27.2%。