高斯输出镜对平凹腔模式影响研究

运用边界元法数值计算了平凹谐振腔具有高斯反射镜情况下的场强分布和相位分布,考察了高斯反射镜谐振腔的模鉴别规律和增大模半径的规律.高斯反射率镜平凹腔可扩大模式本征值差,具有模鉴别能力,中心反射率大小对选模能力也有影响,但对基模半径无影响.同时,高斯镜具有对输出光束整形的功能.     

高斯反射率方形平凹腔激光模场的有限元分析

利用柯林斯公式和边界有限元方法，将方形球面镜腔的衍射积分方程转化为矩阵方程，并对高斯反射率方形平凹腔的模场分布进行了数值计算。研究结果表明，高斯反射率方形平凹腔具有较好的选模性能，可以应用于高功率激光器以获得高质量的激光光束。     

光腔模式的数值矩阵方法

对腔镜有限分划,构造数值矩阵,并对其进行特征值求解和迭代,从而实现光腔模式计算.计算了圆形镜共焦腔和虚共焦非稳腔内的光场特性和远场光束质量,通过与理论解和实际结果的比较,证明了此法具有较大的实用价值. 本文提出了基于衍射积分理论的数值矩阵方法,在谐振腔模式计算中取得了很好的效果.其基本思想为:将腔镜划分为足够大数量的、按一定规律分布的面积单元,将镜面上复振幅的连续分布变为这些面积单元上的离散分布.最后,通过数值积分和插值计算,构造出高精度的传输矩阵,将传统迭代法中对光场复振幅的二维积分变为线性叠加,从而可对腔内光束特性迅速求解. 本文先以圆形镜共焦腔为例,计算出腔内基模的复振幅分布(腔镜表面)、腰斑尺寸和远场发散角,和拉盖尔-高斯模型比较,两者较好符合.然后,对华工激光公司的激光器产品采用的虚共焦非稳腔的光束特性计算,和实际结果符合很好.(PH3)     

用快速傅里叶变换法分析超高斯反射镜腔的光场分布

常规非稳腔由于输出耦合镜硬边光阑的衍射效应而影响了激光输出。使用非均匀反射镜，可以起到软边光阑的作用，改善了输出光束的光场分布特性。高斯分布反射镜已经被广泛应用，超高斯分布反射镜的提出是对非均匀反射腔的一大改进。快速傅里叶变换(FFT)方法是计算激光腔光场分布的一种方便快捷的方法，利用快速傅里叶变换方法分析了超高斯反射镜腔的腔内三维光场分布情况，并模拟了热透镜焦距变化时腔内光场分布的变化。然后分别在空腔和考虑热透镜效应的情况下对输出光束的光场分布进行了理论模拟，并讨论了热透镜效应对输出光场分布的影响。     

基于亥姆霍兹方程的有源非稳腔模式计算方法

提出了一种基于亥姆霍兹方程的有限差分方法用于有源非稳腔的模式计算.从理论上分析了光场传输的有限差分计算方法,并由此出发,建立了针对有源非稳腔模式的数值计算模型.基于这个计算模型,能够较为精确、快速地获得激光谐振腔输出的光场分布.分别给出了空腔条件下和非均匀增益条件下的数值模拟结果,前者还与用快速傅里叶变换法获得的数值模...     

高斯型变反射率圆镜平凹腔本征模场的矩阵分析

利用柱坐标下的柯林斯公式 ,将圆镜平凹腔的衍射积分方程转化为矩阵方程 ,并对平面镜反射率呈高斯分布的圆镜平凹腔的模场分布进行了数值分析 ,结果证明平面镜反射率呈高斯分布的圆镜平凹腔具有良好的选模性能。     

激光腔模形成过程的计算机图形模拟

本文依据菲涅耳-基尔霍夫衍射积分方程,在IBM-PC机上用数值计算方法计算出激光谐振腔(条状腔)光场的振幅分布和相位分布,并将计算结果用三维图形模拟展示出自再现模形成的动态过程,其数值计算及三维绘图的结果与福克斯和厉鼎毅的结果相符,因而提供了一种用计算机图形技术辅助设计激光腔的新方法.     

相位共轭腔的新问题

本文指出在相位共轭腔中存在如下两个新问题:(1)在由球面镜与相位共轭镜构成的谐振腔中,球面波和高斯光束均是腔的本征模;(2)在由高斯反射率镜与相位共轭镜构成的谐振腔中,球面波和高斯光束均不自洽.     

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。     

稳腔固体激光器运转时热透镜焦距的测量

给出一测量激光二极管 (LD)端面抽运固体激光器稳态运转时腔内激活介质热透镜焦距的简便方法。采用混合模类高斯光束描述激光器输出镜后的光场分布 ,通过一狭缝在不同位置横向扫描光场来测得光束的光斑尺寸和描述光束的质量因子M2 ,根据混合模类高斯光束传播规律推导出光束的束腰及在相同激光器参数下对应的基模高斯光束束腰的大小 ,由此利用稳定谐振腔标准传输矩阵理论可得到相应的激光介质的热透镜焦距。基于上述测量原理 ,对LD端面抽运Nd∶YVO4 固体激光器热透镜焦距进行了测量 ,实验结果和理论分析相符。     

9C1--Single transverse and longitudinal mode Q-switched ruby laser

Single transverse and longitudinal modes have been observed in the output of a passiveQ-switched ruby laser when two spherical mirrors are used for the resonator. This result has been consistently obtained with several rods, with two sets of mirrors of different radius of curvature, and with a few values of reflectivity of the mirrors which proves that it is typical of a spherical resonator. The saturable absorber is a solution of vanadium phtalocyanine in nitrobenzene. To have a single transverse mode, the mirror alignment and the position of the rod within the cavity is critical. When the laser oscillates in a single mode, the output pulse is very reproducible and the fluctuations of peak amplitude and width of the pulse are less than ∼3 percent. Furthermore, as expected, the output beam has a very good spatial coherence and its divergence approaches the limits set by diffraction. As far as peak output power and width of the pulse, the best results have been obtained with one concave and one convex mirror of ∼ 5-m radius of curvature, one mirror being 99 percent and the other 50 percent reflecting. A pulse of 1 MW peak power and 30 ns half-width has been obtained.     

3kW射频板条CO2激光器抛物面非稳波导腔研究

为了提高传统球面镜腔3kW射频板条CO2激光器光束质量,设计了新型抛物面镜负支非稳-波导混合腔;结合标量光束的瑞利-索末菲衍射理论与特征向量法,研究了大菲涅耳数下镜面类型对非稳波导混合腔光场传输特性的影响;利用矩形波导理论、1维近似分析得出了波导传输损耗及偏振情况。结果表明,将非稳方向输出镜和尾镜改为与光轴交点处曲率半径为R1=951.32mm和R2=1088.68mm的抛物镜面,能够避免尾镜漏光,可有效改善模式鉴别特性;常用波导电极镀膜材料中,镀铝电极内波导方向传输损耗最小,传输光场为x偏振的EH1模。采用电极镀铝的抛物面非稳波导腔能够降低损耗、提升光束质量。     

高斯镜参数对LD泵浦Nd:YAG激光器的影响

实验研究了输出镜为不同参数高斯镜时,偏心对LD泵浦Nd:YAG激光器的影响及激光器的输出特性。仅当光轴与激光晶体中心轴、Q开关中心轴一致,且经过高斯镜反射率中心时,可同时实现最大能量、最窄脉冲宽度和最小发散角输出。存在偏心时,高斯镜反射率半径越小或中心反射率越大,则能量下降越多,脉冲宽度和发散角增大越大。对于反射率半径为2.5 mm和中心反射率为30%的高斯输出镜,偏心0.5 mm时,能量降低7%,脉冲宽度增宽33%,发散角增大20%。激光性能方面,高斯镜反射率半径越小或中心反射率越小,光束质量越好,但效率低。综合考虑偏心影响和激光性能,反射率半径为2.75 mm和中心反射率为20%的高斯镜作为输出镜最佳。泵浦能量为984 mJ时,获得了能量128 mJ,脉冲宽度7.3 ns,光束质量M2因子约4.6的1064 nm激光输出,对应光光转换效率为13%。实验结果为激光器设计和装调提供了参考。     

Gaussian-beam open resonator with highly reflective circularcoupling regions

A high-Q open resonator with quasi-optical coupling regions is described. The resonator consists of a pair of spherical mirrors, on each of which a highly reflective, partially transparent circular region is fabricated with a diameter larger than several wavelengths. The signal is coupled in and out as a Gaussian beam by means of these regions. Both very weak coupling and very efficient mode conversion are simultaneously achieved. This results in a Q-factor over 2×10⁵ and a high signal-to-noise ratio at 105.9 GHz. The Q-factor of the open resonator can be varied by rotating the output mirror to change the angle between the directions of the conducting stripes on the two mirrors     

变反射率镜非稳腔Φ20mm口径Nd：glass激光器研究

详细分析了高斯变反射率镜非稳腔的腔模和输出特性，给出了各阶横模的解析表达式。采用高质量的高斯变反射率镜在Φ２０ｍｍ大口径Ｎｄ：ｇａｌｓｓ激光介质上实验研究了这种腔的输出特性，获得了１０Ｊ级发散全角为０．１８ｍｒａｄ近衍射极限的高强激光束，该发散角只有相应普通非稳腔的１８％，同样泵浦时输出能量约为普通非稳腔的７０％。最后实验研究了这种腔结构的失谐灵敏性．     

Mode shaping of a graded-reflectivity-mirror unstable resonatorwith an intra-cavity phase element

A graded-reflectivity-mirror (GRM) unstable resonator with low output coupling is described, where a custom-made optical phase element is used inside the resonator to provide maximally flat output. The phase element removes the dip in the output beam by pre-compensating the internal Gaussian mode. An experiment is performed with a flashlamp-pumped Nd:YAG laser. The resonator's magnification (M) and the GRM's central reflectivity (R₀) are 2.3 and 0.7, respectively. The large dip in the center of the output is removed using the custom-made phase element. This resonator has the advantage over a conventional GRM unstable resonator of being suitable for lower-gain laser media. The gain required to overcome fundamental mode cavity losses for maximally flat output is decreased from 22.3 (for a conventional GRM resonator) to 4.3 (for the resonator containing the phase element). This reduction in required gain comes with essentially no loss to the resonator modal discrimination     

高斯变反镜改善板条激光器光束质量的研究

在实验中对比研究了稳腔和高斯变反镜非稳腔两种腔型。采用尺寸为66.7 mm×11 mm×1.7 mm板条Nd∶YAG增益介质,泵浦功率860 W条件下,稳腔获得196 W的激光输出,Mx2=2.47,My2=38.6;高斯变反镜非稳腔获得102 W激光输出,Mx2=2.34,My2=6.48。实验结果表明高斯变反镜非稳腔明显改善了板条激光器宽度方向的激光输出光束质量。