对卡塞格林式多程放大器中环形光束传输的数值模拟

利用光线追迹法以及分步傅里叶-贝塞耳变换法,考虑了光阑对光束的拦截和通光作用以及激光放大过程中的增益饱和效应,对环形腔调Q钕玻璃激光系统振荡器输出的光束经卡塞格林式放大器多程放大后的光场演化过程进行了数值模拟,并进行了实验验证。分析得出现有系统中输入输出镜的阶跃反射率分布是导致输出环形光束质量不好的主要原因,并重点对放大器的腔镜部分进行了优化设计,提出了反超高斯反射率分布的输入镜与超高斯反射率分布的输出镜相组合的腔镜对结构。数值模拟结果表明,该腔镜对的使用可大大改善输出环形光束的质量。     

变反射镜谐振腔光场分布的三维数值计算

在几何光学的基础上设计了变反射镜谐振腔激光器,并利用衍射光学理论,将腔内光束模式满足的方程表为易于通过快速傅里叶变换迭代求解的形式,以高斯型、超高斯型变反射镜为例,求出激光在反射镜、输出镜、近场、远场光场分布的三维数值解,为变反射镜谐振腔设计提供了直观的参考。     

光阑约束和离轴失调Lohmann系统的分数傅里叶变换

为了研究受硬边光阑约束及失调Lohmann光学系统对分数傅里叶变换的影响,采用了平顶多高斯光束模型模拟硬边光阑,推导了平面光波在受硬边光阑约束和系统透镜离轴时的Lohmann 型分数傅里叶变换光学系统中传播的解析表达式;计算机模拟了受半径为7.696cm的硬边光阑约束和透镜离轴失调量时的输出.结果表明,在有硬边光阑约束和离轴失调时Lohmann两种结构并不等效.     

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...     

单脉冲能量3 mJ、重复频率1 kHz皮秒超高斯光束的实现

采用圆孔光阑和空间滤波-像传递系统相结合,实现了高效率的皮秒高斯光束到超高斯光束的整形。通过研究其中空间滤波-像传递系统中滤波针孔大小对整形效果的影响,获得了整形效率大于32%、200~500 mm传播距离内保持超高斯光束填充因子大于0.76传输的实验结果。随后对获得的超高斯光束进行放大,放大过程中通过利用侧面泵浦Nd:YAG晶体的热透镜代替放大光路中4F系统像传递系统中的透镜,简化了超高斯皮秒激光放大系统的结构,同时经过一级双通放大后,获得了近场填充因子0.72,单脉冲能量3.0 mJ,脉冲宽度11 ps,重复频率1 kHz,峰值功率密度8 GW/cm2的超高斯光束皮秒激光放大输出。     

超高斯光束经光阑球差透镜后的光束质量评价

以桶中功率(PIB)、β参数和η参数为激光光束质量评价参数,对超高斯光束经有方环光阑球差透镜后的光束质量作了详细的研究。大量数值计算和物理分析表明,超高斯光束经有方环光阑透镜后的光束质量与方环遮拦比、透镜球差和超高斯光束的阶数等因素有关。采用适当的负球差透镜,在实际焦面上可得到最大的PIB,η值和最小的β值,从而获得比无球差透镜更好的光束质量,甚至使β1。     

超高斯光束经光阑球差透镜后的光束质量评价

以桶中功率(PIB)、β参数和η参数为激光光束质量评价参数,对超高斯光束经有方环光阑球差透镜后的光束质量作了详细的研究.大量数值计算和物理分析表明,超高斯光束经有方环光阑透镜后的光束质量与方环遮拦比、透镜球差和超高斯光束的阶数等因素有关.采用适当的负球差透镜,在实际焦面上可得到最大的PIB,η值和最小的β值,从而获得比无球差透镜更好的光束质量,甚至使β＜1.     

腔镜热畸变对激光在大气中传输特性的影响

从虚共焦非稳定谐振腔的激光场出发,考虑谐振腔反射镜热畸变对光束的影响,利用快速傅里叶变换(FFT)研究激光光束在湍流大气中的传输特性.着重分析了反射镜热畸变对环形强化学氧碘激光在湍流大气中传输产生的影响,给出了在大气湍流影响下激光光束传输不同距离的强度分布.利用β参数和Strehl比来评价光束质量的特性,结果表明:随着...     

空心高斯光束通过光阑透镜系统的传输特性

为了研究空心光束通过硬边光阑透镜傍轴ABCD光学系统后的传输特性,利用柯林斯衍射积分公式,推导出了空心高斯光束通过受圆孔硬边光阑限制的傍轴ABCD光学系统的传输公式,所得公式可用来描述空心高斯光束通过任意傍轴ABCD光学系统的传输.研究了光阑、透镜以及光阑透镜系统对空心高斯光束传输特性的影响,并用数值例做了详细说明.结果表明,光阑和透镜均会使光束的光场分布向源平面前移,光阑会破坏空心高斯光束的空心性,而单纯的透镜只改变光场分布,不会破坏光束的空心性.这一结果对于空心光束的产生和应用有理论指导意义.     

束转动90°环形非稳腔抗系统失调性能研究

提出了将束转动90°环形非稳腔(UR90)应用于片状陶瓷激光器的设计,将光束绕光轴旋转对波前进行平均化的思想用于改善固体激光谐振腔失调、增益不均匀、泵浦不均匀等问题.针对该设计模型,采用快速傅里叶变换方法,从镜面倾斜角度出发,计算了不均匀失调因素对输出光束光强、相位分布的影响.与常规环形非稳腔计算结果相比,UR90固体...     

部分端面抽运板条激光器腔镜倾斜问题研究

部分端面抽运的板条激光器是一种新型固体激光器．配合混合腔可以实现在大功率下保持高光束质量的激光振荡输出。谐振腔的腔镜倾斜是影响激光器输出特性的重要因素，快速傅里叶方法是一种快捷有效的计算方法，利用此方法模拟了腔镜倾斜对近场相位分布和远场光强分布的影响，并分析了光束质量的变化。理论分析表明，腔镜的小角度倾斜对近场相位影响较大，但对远场光强空间分布影响不大；随着倾斜角度不断增大，远场发散角和光束腰宽度也增大，光束质量虽然存在恶化的趋势，但光束质量因子肝值仍然较小，离轴非稳腔仍能保持高光束质量的输出。     

内热厚透境平行平面谐振腔的热稳定性

光泵固体激光器会在激光棒中引起轴向热伸长和径向折射率梯度.这可概括为一种热厚透镜效应.从输出腔镜处光束光斑参数对热透镜焦距的微商出发,直接导出内热厚透镜平行平面腔的热不灵敏条件,并对其适用范围进行了必要讨论.     

FFT模拟腔镜畸变情况下高能CO2激光器输出模场

为了研究横流气体激光器因谐振腔腔镜倾斜、中心热变形以及增益介质的横向流动而产生的非均匀增益对激光模场分布的影响,采用快速傅里叶变换算法模拟了高能CO2激光器的输出模场。结果表明,这些因素都会导致模场分布畸变。通过腔镜冷却、改善腔镜材料、增大反射率以及适当调节腔镜倾斜方向可改善非均匀增益对模场的影响。     

一种望远镜热不灵敏腔的设计

给出了一种简单的双透镜望远镜型热不灵敏腔的设计方法,仅需移动凹透镜调节离焦量的大小,就可以对不同功率下的热效应进行补偿,设计了一组双透镜望远镜型热不灵敏腔参数,通过数值模拟给出了在不同泵浦功率下,热焦距,双透镜之间距离和输出镜光斑W2的三维关系图,并给出了最佳离焦量偏差对输出镜上光斑大小的影响,结果表明：热焦距对光斑影响非常小,同时允许有一定的最佳离焦量的偏差。该望远镜腔不仅可以补偿热效应产生的输出功率不稳定现象,同时大大提高了输出功率,具有很好的实验可操作性。     

高斯镜平凸非稳腔本征模场的有限元数值计算

为了研究激光在高斯镜平凸非稳腔中的模式和相位特征,在SIEGMAN分析多元件非稳腔的理论基础上,采用有限元数值方法计算耦合输出镜镜面反射率为高斯分布的圆镜平凸非稳腔本征模场分布。将光场在腔内一次往返的ABCD系数代入惠更斯-基尔霍夫衍射积分方程,可以写出光场往返一次的衍射积分方程。将镜面分割成若干个等宽圆环,把衍射积分方程转化成矩阵相乘形式,经过数值计算,得到理想空腔和非共轴空腔优先起振的光场本征模式分布结果与相位特性。计算结果表明,当合适选择输出镜半径与高斯反射率分布,可以得到光斑半径为0.3cm的基模高斯光束输出,此计算结果与实验结果相符。同时也讨论了耦合输出镜对光束质量的影响。     

多棒串接固体激光器输出光束发散角的研究

分析了输出耦合镜和热透镜效应对激光器输出高斯光束发散角的影响.首先对等间距腔型和对称腔型双棒串接固体激光器输出高斯光束的发散角进行了比较,然后分别计算和讨论了单棒、双棒和三棒对称腔型固体激光器输出多模高斯光束发散角与热焦距的关系.     

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．     

热透镜效应补偿的高功率Nd:YAG激光器的优化设计

为了获得高功率、高光束质量的1064nm激光,采用凹透镜作为补偿透镜来补偿激光棒的热透镜效应。对补偿透镜的选取进行理论分析,并使用所设计的包含补偿透镜的平平谐振腔Nd:YAG激光器进行了实验验证。在实验中,使用焦距为250mm的凹透镜、透过率为30%的输出耦合镜,获得了55W的高功率、高光束质量的1064nm激光输出。结果表明,此项研究对高功率、高光束质量激光器谐振腔的设计是有帮助的。     

高功率横流CO2激光器的锥面反射镜谐振腔

根据针-板放电5kW横流CO2激光器的结构特点,设计并实验研究了直角锥面镜作为全反射镜的谐振腔。在菲涅耳-基尔霍夫理论的基础上,引入柯林斯公式并考虑增益影响,推导了锥面谐振腔的衍射积分方程,并进行了相应的模拟计算。研究结果表明,在高功率横流CO2激光器中锥面反射镜与平面输出镜相配合使用组成稳定腔,获得了TEM30的低阶模输出;由于锥面反射镜受加工精度的影响中心残留有加工盲孔,导致TEMmn(m=0,n≠0)的模损耗较大不易耦合输出;而镜面中心场分布很弱的其他低阶模因损耗小,则会优先输出。