非链式DF激光器非稳腔数值仿真与实验

基于描述光束传播的菲涅耳-基尔霍夫衍射积分理论,运用快速傅里叶变换算法仿真了非稳腔DF激光的三维近场、远场光强分布。仿真结果显示:非稳腔的近场输出光斑形状为中心对称的空心圆环,远场输出光斑为具有中心亮斑的多级衍射环;大M数将导致近场光斑能量集中,大的Neq值将引起远场发散角变大。运用该算法研究了腔镜倾斜对近场光强分布的影响:腔镜倾斜使光束近场分布变差,倾斜角越大,光强的非对称分布越明显。开展了非链式DF激光器非稳腔实验研究,实验得到的近场、远场光强分布及腔镜失调下的近场光斑变化情况与数值模拟结果一致,实验测量的远场发散角为1.2 mrad。文中的仿真结果可为DF激光器腔镜失调诊断及调节提供依据。     

虚共焦非稳腔腔镜倾斜对光束影响的三维重构

为了直观再现腔镜倾斜对光束分布的影响,用FoxLi数值迭代法及图像重构法,绘得方形镜虚共焦腔在不同倾角下近场及远场光强的三维分布图,并对倾斜后光束特点进行了讨论。结果表明,腔镜倾斜使光束近场分布变差,致使远场光束发生畸变,质量下降。     

光束变换环形孔径谐振腔的失调特性分析

光束变换环形孔径激光谐振腔(BCAR)是适用于环形增益介质的高性能谐振腔，已成功应用到高能连续波HF化学激光器中。建立了光束变换环形孔径激光谐振腔镜面倾斜及非共轴的数学模型，在此基础上，使用积分和差分结合的计算方法，计算了失调腔的输出光场近场分布，分析了束变换环孔腔在镜面失调情况下的模式特征，以及对远场传输能力的影响。计算结果表明，非共轴偏移和紧束段倾斜将使输出光场的相位分布呈现剪切、扭曲现象，并且沿偏移方向出现相位跳变；随偏移量的增大，相位畸变严重，远场传输能力下降。不同的偏移方向对于输出光场影响差别很小。两者相比，非共轴偏移对输出光场质量的影响更为严重，而紧束段倾斜的影响相对而言非常小，表现在相位分布的扭曲现象不明显，谐振腔的能量抽取效率变化微弱。     

腔内扰动对虚共焦腔模式的影响及Zernike像差拟合

为实现高功率或高能激光器输出良好的光束质量和能量,分析了腔内像差扰动对非稳腔模式的影响,采用数值迭代法理论计算了腔内倾斜扰动对无源虚共焦非稳腔输出模式强度和相位分布的影响,并采用Zernike模式法对光束相位进行了像差拟合分解,得到了前35阶像差系数,通过进一步计算得到点扩散函数和环围能量曲线等,从而全面了解输出光束质量.结果表明,对小菲涅耳数虚共焦型非稳腔,腔内倾斜扰动不仅带来输出光强分布的不均匀性,且对相位分布有明显的影响,使相位中的一些高阶Zernike像差如A_3,A_7和A_(10)等增大.计算结果对研究高能激光器腔内像差校正有一定参考意义.     

腔内扰动对虚共焦腔模式的影响及Zernike像差拟合

为实现高功率或高能激光器输出良好的光束质量和能量,分析了腔内像差扰动对非稳腔模式的影响,采用数值迭代法理论计算了腔内倾斜扰动对无源虚共焦非稳腔输出模式强度和相位分布的影响,并采用Zernike模式法对光束相位进行了像差拟合分解,得到了前35阶像差系数,通过进一步计算得到点扩散函数和环围能量曲线等,从而全面了解输出光束质量.结果表明,对小菲涅耳数虚共焦型非稳腔,腔内倾斜扰动不仅带来输出光强分布的不均匀性,且对相位分布有明显的影响,使相位中的一些高阶Zernike像差如A3,A7和A10等增大.计算结果对研究高能激光器腔内像差校正有一定参考意义.     

新型板条激光器的离轴混合腔模场计算

报道了一种新型双板条离轴混合腔激光器。这种激光器结构通过改变传统的冷却方式和采用特殊的谐振腔设计，将使从第一块介质板条高温一侧出射的激光对称地进入另一块板条的低温一侧，从而可对由于温度分布不均匀造成的波面畸变进行一定程度的自校正，减少热效应的影响，可望提高激光器的输出功率和光束质量。利用快速傅里叶变换（FFT）对这种激光器的近场、远场以及相位等模场特性进行了数值计算。分析了波面畸变对输出光束质量的影响，并与常规双板条激光器进行了比较，结果表明这种新型双板条离轴混合腔激光器可以实现一定程度的波面畸变自补偿，从而获得更好的输出光束质量。     

二维轴对称-折叠组合腔CO_2激光器近场失调分析

为了研究小角度失调对二维轴对称-折叠组合腔CO2激光器输出光束的近场分布的影响,在利用矩阵理论确定平凹谐振腔和凹-平-凹谐振腔失调后的光轴的基础上,采用光束并和思想,对输出光束进行了理论分析和模拟.取得的数据表明,小角度失调对4cm以内的近场强度影响不大,光强仍具有高斯状分布;对4cm以外的近场强度影响较大,光强分布轮廓发生相应的变形,且随着失调角度变大而变大.研究结果表明,在4cm以内的近场具有实用价值.     

大功率垂直腔底发射半导体激光器的光束质量

从M2因子、远场发散角、近场及远场光强分布等方面对大功率底发射半导体激光器光束质量进行研究,分析了不同器件参数对光束质量的影响,为寻找有效改善光束质量的方法提供了依据。设计了一种具有新型排列方式的垂直腔面发射半导体激光(VCSEL)阵列。通过调制阵列中各单元直径以及单元间距,在4 A的工作电流下得到1 kW/cm2的高功率密度和高斯远场分布。与具有相同出光面积的单管器件和4×4二维阵列比较,新型阵列的光谱特性及光束质量均具有优越性。     

二维轴对称折迭－组合腔CO2激光器失调时的输出光束的近场分析

给出平凹谐振腔和凹平凹谐振腔失调时光轴确定方法。在二维轴对称折迭－组合腔 激光器小角度失调运行时，对非相干并和和相干并和后的输出光束的近场强度分布做了分析和模拟。结果表明：小角度失调对4cm以内的近场影响不大，光强分布仍具有高斯状分布；对4cm以外的近场影响较大，光强分布发生相应的形变，且随着失调角度变大而变大。     

虚共焦非稳腔腔内失调因素分析及实验研究

在腔内失调理论分析基础上，采用Hartmann?蛳Shack波前传感器实验研究了无源正支共焦非稳腔失调后输出光束像差特性，结果表明，腔内倾斜像差对光束强度分布有显著的影响，但小的腔内倾斜扰动不会使输出光束的相位分布中的高阶像差发生变化。当腔镜垂轴移动偏离光轴时，可能引起某些Zernike高阶像差，如彗差和像散的增大，但首先带来的是Zernike倾斜像差，类似于引入腔内倾斜扰动时的结果。因此在做腔内像差自适应校正时，应首先考虑腔内倾斜像差的校正。该方法为腔内像差特性的研究和像差校正提供了一定参考。     

角锥棱镜阵列谐振腔输出模式研究

为了研究角锥棱镜阵列谐振腔的输出特性,利用角锥棱镜阵列作为后腔镜,与平面镜构成角锥棱镜阵列谐振腔,模拟计算了角锥棱镜阵列谐振腔输出模式的近场及远场分布,理论分析了谐振腔的相干输出,实验获得了采用该腔型的钕玻璃激光器的输出模式的近场及远场分布.结果表明,模拟计算与实验得到的模式分布相吻合,近场光斑外形为六边形,与角锥棱镜...     

定向棱镜激光腔模式模拟研究

为了探究定向棱镜谐振腔激光模式分布情况,通过连续利用反射系统的光线矢量的反射定律,推导出具有二面角误差的角锥棱镜相位模型,首次创新性地建立了定向棱镜腔的光场数学模型,并运用FOX-LI的理论。研制了一套求解各种腔形的稳态模的场分布软件。用这套软件模拟出了定向棱镜谐振腔自再现模的分布。同时,针对免调试固体激光器（定向棱镜腔）进行实验,将模拟所得结果与实际激光器的输出近场、远场光斑,以及与光束质量分析仪检测分析结果进行了对比,取得了较好的效果。     

Properties of an unstable confocal resonator CO2laser system

The results of an experimental and theoretical study of the properties of a confocal unstable resonator used with a conventional CO2-N2-He laser operating at 10.6 μ are presented. Measurements were made of the near- and far-field intensity distribution of the aligned resonator for Fresnel numbers of 3.7, 6.1, and 7.1. Fundamental mode operation was achieved in all cases. Beam steering and mode degradation associated with mirror misalignment were also studied experimentally. Suitable geometric models have been developed to account for 1) the sensitivity of the resonator output coupling and center far-field intensity to variations in the resonator length and mirror curvatures, and 2) the sensitivity of the beam direction and power to angular misalignment of the mirrors.     

射频激励增益波导CO2激光器的光强分布

提出了一种新的射频(RF)激励增益波导阵列CO2激光器技术。为了提高输出激光光束质量,增强多个波导通道之间模式的耦合,通过在上电极刻上等距离的凹槽,形成一个个并列的子电极,使增益在电极横向具有周期分布特征。同时使用表面刻有周期性凹槽的相移全反射镜,实现了远场光束的极强相干叠加。研究了其近场和远场的光强分布情况。在气压为10.0 kPa,10.7 kPa的情况下,近场为长20 mm的若干个尖峰分布,远场为中心压窄的极锐尖峰。随着时间变化,只有光强峰值变化,相对强度分布保持不变。     

Time resolved beam divergence from a copper vapor laser withunstable resonator

The temporal evolution of the far-field intensity distribution (and hence beam divergence) for the output of a CVL operating with both on-axis and off-axis unstable resonators is investigated in detail. The CVL output pulse consists of several temporally resolved components, where each successive component has lower divergence approaching the diffraction limit. A comprehensive model for the divergence of each temporal component from a CVL operating with a variety of unstable resonators is presented. In this model the resonator controls the output divergence by imposing geometric constraints on the propagation of spontaneous emission on repeated round-trips through the unstable resonator equivalent lensguide. Effects of resonator asymmetry and radial gain variations on the far-field intensity distribution (and hence divergence) are evaluated. Experimental measurements of the temporal evolution of output divergence from a CVL operating with both on-axis and off-axis unstable resonators and for a variety of excitation conditions are also presented. For CVL operation at high pulse repetition frequency the ASE at the start of the laser pulse has an annular profile. This annular gain distribution is found to modify the output far-field intensity distribution of the earlier temporal components of the laser pulse. For on-axis unstable resonators these components are found to have annular far-field intensity distributions, whereas for off-axis unstable resonators they have greatly reduced but anisotropic divergence     

环型激光束空间传输的数值模拟

基于Maxwell方程组的经舆理论，对于腔的菲涅耳数不满足远远大于1的条件时的光束传播问题，利用衍射积分方程理论进行求解．根据菲涅耳-基尔霍夫衍射积分方程建立数值模型，采用matlab数值模拟的方法，对环型激光束传输方向的近场及远场强度的空间分布进行了分析．     

激光束畸变波前高频相位的恢复

利用相位均方根(RMS)梯度描述的随机相位屏表示低频波前畸变,用扰动幅度表征的随机相位屏描述高频波前畸变,建立了激光束的畸变波前模型.根据已知的近场低频相位以及近场和远场光强分布,采用逐次逼近迭代法对畸变波前的高频相位进行了恢复,并从波前残差、波前峰谷(PV)值、波前RMS,波前功率谱密度(PSD)等不同角度对高频相位...