场转动环形非稳腔的空间平均效应研究

将光束绕光轴旋转的思想应用于改善固体激光谐振腔失调,增益不均匀,泵浦热效应等问题。设计了束转动环形非稳固体激光腔。采用快速傅里叶变换的方法,对束转动环形非稳腔的空间平均效应进行了数值模拟,发现对于固体激光器不同的泵浦方式,光束旋转产生的空间平均效应不同,其效果与光束旋转特点、泵浦方式、腔的放大率、束转动角度等有关。本文对几种不同形式的增益不均匀进行计算,对于增益介质横截面一维方向不均匀和角向不均匀的情况,束转动90°环形非稳腔能有效补偿空间不均匀。得到的结论为束转动90°环形非稳腔的优化设计和应用提供理论依据。     

片状陶瓷YAG激光器的束转动90°环形非稳腔设计与数值模拟

提出将束转动90°环形非稳腔应用于片状陶瓷YAG激光器的设计。该设计采用两个薄片状YAG增益介质垂直放置形成屋脊镜,与另一屋脊镜共同构成光束旋转系统。采用快速傅里叶变换方法,计算了该腔的空腔模式分布。分析了该腔对抽运不均匀影响光束质量进行补偿的机理。并以片状增益介质侧面抽运不均匀为模型,计算比较了束转动90°环形非稳腔与常规腔的光场分布。说明束转动90°环形非稳腔应用于固体激光器,对抽运技术引起的不均匀增益平均化,改善了光束质量。为束转动90°环形非稳腔在固体激光器的应用提供依据。     

环状耦合输出的90°束转非稳腔的模场计算

利用FFT方法对环状耦合输出的90°束转非稳腔在小放大倍率(M=1.2)情况下的模场畸变进行了数值模拟,分析了镜面倾斜和像散对输出光束质量的影响程度,并与常规环形非稳腔进行了比较,结果表明,环状输出90°束转非稳腔比常规环形非稳腔具有更优良的特性.     

90°束转动环形非稳腔设计与输出特性分析

讨论了UR90(Unstable ring resonator with 90° beam rotation) 环形非稳腔参量设计方法，给出了腔的同轴调整的有效方法，当系统的放大率M为1.21与1.3时，在铜蒸气激光器上获得了良好的输出远场强度分布，通过一注入系统成功地抑制了UR90腔的反向膜，并保持其偏振态不变。     

环状耦会输出的90°束转非稳腔的模场计算

利用FFT方法对环状耦合输出的90°束转非稳胜在小放大悟率（M=1．2）情况下的模场畸变进行了数值模拟,分析了镜面倾斜和像散对输出光束质量的影响程度,并与常规环形非稳腔进行了比较,结果表明,环状输出90°束转非稳腔比常规环形非稳腔具有更优良的特性。     

百瓦级环形非稳腔板条激光器腔内校正

提出一种环形非稳腔结构,该结构将传统驻波非稳腔腔内的非共轭像差校正转换为共轭像差校正。搭建了百瓦级环形非稳腔Nd:YAG板条激光器,采用59单元自适应光学系统对腔内像差进行校正。利用980 nm参考光束和Shack-Hartmann波前传感器测量腔内像差,采用加权最小二乘法复原波前像差,最后用倾斜镜和变形镜进行校正。最终在低抽运功率下将输出功率从105.8 W提高到113.1 W,光束质量β因子从6.98优化到2.33。该研究为环形非稳腔应用于高功率固体激光器并获取高输出光束质量提供了一种技术途径。     

UR90腔相干并束输出的实验研究

用多个UR90腔进行正向模耦合的方法来产生多束相干的激光 ,解决了反向模耦合中存在的失谐问题 ,可以大大提高系统的可靠性。并利用铜蒸气激光器实现了两台低放大倍率 (M =1 2 1)UR90腔的相干并束输出 ,对输出光束的远场方向性进行了测量分析。结果表明 ,和以前单台UR90腔相比 ,此方法对UR90腔的模控能力和输出光束的光束质量并没有明显影响 ,是一种简单而有效的耦合方式。     

基于双轴锥镜的环形激光束整形

为了改善非稳腔高能激光系统的光束质量,提高发射光学系统口径的利用率,采用新型的可用于光学非稳腔输出环形光束的光学整形方法,通过在激光腔外的光路上增加光学元件对输出的环形激光束进行了整形变换。在理论分析的基础上,设计并加工了基于双轴锥镜的光束整形装置,针对非稳腔高能激光器输出的环形光束进行了整形实验,取得了与理论分析一致的数据。结果表明,采用双轴锥镜装置整形后的光束比原始光束具有更好的光束质量,光束束腰直径由45mm减小为32mm,光束质量因子M2由14减小到11.8。该方法用于光学非稳腔输出环形光束整形变换具有可行性。     

90°束转动环形非稳腔场畸变数值模拟

给出了非理想ＵＲ９０（Ｕｎｓｔａｂｌｅｒｉｎｇｒｅｓｏｎａｔｏｒｗｉｔｈ９０°ｂｅａｍｒｏｔａｔｉｏｎ）环形非稳腔的计算模型，用快速Ｆｏｕｒｉｅｒ变换法计算并分析了球面波象差、象散、青差、腔镜倾斜及增益分布不均匀对光场分布的影响。     

约束稳定和不稳定的非共振环形腔

本文使用传播矩阵(G参数等价腔)方法详细研究了约束稳定和不稳的非共振环形腔的光束特性。分别推导出满足约束稳定条件、热稳条件的调整量δ和失调量△的公式。对不稳非共振环形腔的本征球面波作了分析,推导出满足广义共焦条件的调整量δ的公式。数值计算不仅证实了我们的理论分析,并且说明了如何选取腔参数来达到设计要求。     

非稳腔-稳腔混合腔失调特性理论研究

非稳腔-稳腔混合腔的失调特性得到了理论上的研究.当调节混合腔的输出耦合镜几何参数改变时,通过Fox-Li数值迭代法计算其基横模的损耗来研究腔的失调特性.发现混合腔在稳腔方向上不易失调;混合腔的不稳定主要来自于非稳腔方向,且主要来自于输出耦合镜在非稳腔平面内的转动,或者垂直于光轴的平移;偏轴非稳腔要比对称非稳腔稳定.利用混合腔中非稳腔方向易失调的特性,可以设计调Q方案.在正支共焦偏轴非稳腔-稳腔混合腔中应用声光调制器在非稳腔平面内实现声光调Q的可行性,得到了理论的证明.     

非稳腔输出环状激光束的聚集分析

虚共焦腔作为非稳腔中一个典型实用的腔型.随着传输距离的增加,它输出的环形光束逐渐转变成高斯光束,这种环状激光束在聚集过程,将光束聚集成高能量密度的亮斑.文章主要就聚集之后光强分布和距离对光束半径的影响这两个方面作以深入地探讨.     

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.     

COIL束转动90°环形非稳腔（UR90）的准直技术

采用束转动９０°环形非稳腔是使低增益激光器获得高功率及良好光束质量的极有效方法，本离这种腔采用一台Ｈｅ－Ｎｅ激光器提供导引光的准直技术。     

千瓦级3倍衍射极限的高功率热容激光器

开展了热容激光器光束质量控制研究,进行了耦合系统的优化设计,采用了透镜压缩结合波导匀化的设计思想,使抽运均匀性提高到90%的水平;进一步建立了有源非稳腔的理论分析模型,针对热容激光器的抽运条件开展了非稳腔的优化设计,实验结果表明实现了2.7倍衍射极限的千瓦级热容激光输出.     

环形非稳腔倒向波抑制镜抑制效果的数值模拟

对环形非稳腔激光器做数值计算模拟,给带有倒向波抑制(RWS)镜的环形非稳腔激光器的设计提供了数值参考。通过自洽方程,用Matlab计算带有倒向波抑制镜的环形非稳腔正、倒向波的稳定过程。改变腔长、放大率等参数来计算,发现使用倒向波抑制镜能明显提高正向波的输出,并能抑制倒向波。气体分子的多普勒频移导致正、倒向波的频率变化。频率分开的越小,竞争越大,抑制效果越好,正向波输出功率则有所下降。对于特定的结构,存在最佳的放大率,使正向波的输出最大。计算结果表明,倒向波抑制镜的引入能增大环形非稳腔输出功率。计算结果对实际环形非稳腔的设计十分有用。     

高功率二极管泵浦固体激光谐振腔的进展和分析

对近年来用于高功率二极管泵浦固体激光器的新型光腔,如棒成象非稳腔,近共心非稳腔,折迭腔以及SBS相位共轭MOPA系统等进行了深入的分析,并对实现高功率输出和高光束质量的相关技术作了讨论.     

基于H-S波前传感器的正支共焦腔准直技术研究

采用H-S波前传感器对非稳腔进行了实验调腔技术研究,指出了正支共焦腔调腔的原则,以输出光束近场强度和相位分布这一双重依据作为谐振腔是否调好的标准.进行非稳腔调腔时,首先应当保证整个光路共光轴使输出强度分布均匀,但此时光束中可能还包含离焦等高阶像差,因此在腔外用Hartmann-Shack波前传感器进行光束相位测量,得到了35阶像差Zemike系数、波面PV和RMS值,进一步计算得到环围能量曲线等,从而可以全面了解输出光束质量并能有针对性地对光腔进行调整,达到较理想的光腔共轴状态.     

使用稳定和非稳交叉棱镜腔板条固体激光器的输出特性

合理设计的板条固体激光器具有能消除一阶热效应、能得到高功率和高质量激光输出的显著优点,近年来发展十分迅速。本文报道了我们采用稳定和非稳共焦型交叉棱镜腔来进一步改善板条固体激光器输出特性的主要研究结果。理论分析和实验研究都表明,使用交叉棱镜腔能提高激光器对失调的不灵敏性和补偿腔内畸变的能力,还能将通常板条激光器输出的矩形光斑变为圆形或椭圆形。使用非稳共焦型交叉棱镜腔能进一步提高选模特性,将板条