激光V型腔参量对输出性能的影响

在激光腔型设计时，为了使激光具有良好的输出性能，需要找出谐振腔参量对激光输出性能的影响规律。结合V型折叠腔的图解分析法和多元件光学谐振腔的等价腔分析法，将折叠腔近似等价后，对等价的共轴球面空腔的稳定性和输出光束质量进行理论求解分析，找到了V型折叠腔参量和激光输出性能的内在联系。通过计算给定的条件可知，当折叠角=0.15时，总腔长L的理想取值范围为（70，80）mm，最佳取值为75 mm，端面镜曲率半径R1、R2的允许变化范围为（60，75）mm，折叠镜曲率半径R3的最小取值为45 mm，随着左（右）侧子腔g-参数积增大，右（左）侧端面镜上的基模光斑半径和远场发散角增大。上述等价腔分析法和结论对激光腔型优化设计提供了重要的理论依据。     

计算共轴球面腔等价腔长时应注意的问题

本文通过相关例子,指出在计算共轴球面腔等价腔长时容易出现的错误,分析错误原因,并对易混淆的等价腔长、光学腔长及几何腔长三个概念进行了辨析.对等价腔长的概念进行了诠释,即共轴球面腔的等价腔长等于与该腔等效的G参数等价腔的空腔长度.这有助于学生对上述概念的理解和掌握.     

固体激光器的横模选择——平行平面热稳腔

本文利用费涅耳标量衍射理论和光学模成像法则，讨论了具有内透镜的谐振腔。导出了等效谐振腔的基本结构。计算与分析表明，具有内透镜的平行平面腔可以等效为平球型谐振腔。当腔镜与透镜的配置满足本文所推导的公式时．该腔是热稳腔。本文还讨论了这类谐振腔的选模特性和一些设计实例。     

半导体双端抽运三程折叠谐振腔板条激光器

为了获得简单紧凑的固体激光器,采用半导体端面抽运三程折叠谐振腔板条激光器,建立了热透镜等效腔模型,进行了等效腔稳定性及腔内基模光斑半径的仿真分析,将新型结构与平-平腔结构进行了比对性实验研究。结果表明,在三程折叠腔长为170mm时,获得了21W的1064nm激光功率输出,光光转换效率为16.4%,斜效率为25%,水平和竖直方向上的M2因子分别为10.8和2.76。同等条件下,水平方向上M2因子从平-平腔的152.7优化到三程折叠腔的10.8;输出光斑水平方向尺寸由平-平腔的10.8mm压缩到三程折叠腔的4.1mm,验证了结构简单紧凑的端面抽运三程折叠谐振腔激光器光束的输出能力。该研究对获得腔内调Q和腔内倍频532nm激光器有实际意义。     

平行平面热稳定谐振腔

利用费涅耳标量衍射理论和光学模成象法则,讨论了具有内透镜的谐振腔;导出了等效谐振腔的基本结构.计算与分析表明,具有内透镜的平行平面腔可以等效为平球型谐振腔.当腔镜与透镜的配置满足本文所推导的公式时,该腔是热稳腔.讨论了这类谐振腔的选模特性和一些设计实例.     

一种利用像散腔测量热透镜焦距的方法

给出一种测量激光器稳定运转时增益介质中热透镜焦距的方法。像散腔在确定的腔型参数下,存在一个辅助透镜(等效为热透镜)使子午面和弧矢面内的光束参数相同,利用ABCD矩阵理论建立起此时的像散稳定腔腔长与辅助透镜的关系。按此腔型搭建谐振腔后,通过直接观察激光器输出光斑的形状就可获得腔长与抽运功率的关系;通过腔长建立起腔长、热透镜焦距与抽运功率的关系后,即可得到不同抽运功率下增益介质的热透镜焦距大小。     

一种激光折叠腔稳定性分析及设计的新方法

为了对激光谐振腔进行优化设计,运用光学传输矩阵理论,借助V型折叠腔激光器的等效简化模型对该激光腔的稳定性进行了研究.分析了腔长、折叠镜焦距、反射镜曲率半径与系统稳定性的关系,得到以失调量为参数的稳区临界曲线方程,实现了三镜折叠腔型CO2斩光盘式调Q脉冲输出激光器的设计.分析结果表明,对于子腔预先给定的参量,只要另一子腔满足适当的失调量,整个谐振腔就是稳定的.任一子腔内有二个稳定区而非以往研究者提出的一个稳定区,可根据需要选取最佳的稳定点.采用失调量而非g因子作为参数,直接给出稳定区范围和失调误差,使用性好.     

四镜8字环形腔激光器的设计与实验研究

采用ABCD传输矩阵计算方法结合Matlab软件进行模拟计算,设计热稳定性良好的四镜8字环形激光谐振腔。该环形谐振腔在高功率泵浦条件下,腔模参数随热透镜焦距变化具有良好的稳定性。在腔内插入由法拉第旋光器和半波片组成的光学单向器,实现了单向运转。在泵浦功率为40 W时,获得最高功率为14 W的连续波单向1064 nm波长激光输出,光光转换效率为35%。     

短相干长度长腔长全固态激光器

分析了激光器的相干长度与谐振腔腔长的关系,研究了全固态Nd:YVO4/KTP激光器,在谐振腔腔长超过1m时绿光的输出。在谐振腔内加入热补偿透镜对热效应进行了补偿,实现了长腔激光器的稳定运转。在腔长L=1350mm,泵浦功率为3W时,获得了输出功率为110mW的绿光,发散角为0.7mrad,稳定性小于2%。     

纵向抽运准三能级Yb:YAG激光器的理论模型及实验研究

在激光谐振腔中,边缘冷却的激光晶体中存在着温度梯度分布,从而使激光晶体等效为一个热透镜.热透镜效应对固体激光器的性能影响很大.由于热透镜效应,振荡光光斑半径会随抽运光功率及激光谐振腔腔型结构的变化而变化,这将影响输出光功率的大小.在考虑振荡光光斑半径随抽运光功率及谐振腔变化的情况下给出了速率方程的表达式,并采用数值方法求解.由理论分析可知,输出光功率与抽运光功率及谐振腔腔型结构有关.在相同的抽运功率下,腔型不同输出光功率不同.采用930 nm纵向抽运,发射光波长1030 nm的准三能级Yb∶YAG晶体在三种不同腔型结构下进行实验,实验结果表明腔型结构对激光输出功率影响很大.实验结果与模拟符合较好.     

热透镜不灵敏长脉冲绿激光腔的设计与分析

为了有效缓解闪光灯抽运长脉冲绿激光器中的热透镜效应,采用矩阵光学理论,通过高斯光束的矩阵变换,分析了灯抽运长脉冲激光棒的热透镜效应,并设计了热透镜不灵敏的V型谐振腔,进行了理论分析和实验验证,取得了良好的实验结果.结果表明,通过高斯光束的矩阵变换及模拟分析选择的参量是合适的,这一结果对于缓解激光器热透镜效应、提高大能量...     

Anomalous Stability Zones of a Ring Cavity Ti: sapphire Laser

ＡｎｏｍａｌｏｕｓＳｔａｂｉｌｉｔｙＺｏｎｅｓｏｆａＲｉｎｇＣａｖｉｔｙＴｉ：ｓａｐｐｈｉｒｅＬａｓｅｒＺｈａｎｇＧｕｉｚｈｏｎｇＸｉａｎｇＷａｎｇｈｕａＨｕａｎｇＹｏｎｇｔｉｅ（ＣｏｌｅｇｅｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｎｄＯｐｔｏｅ...     

单宽域有效动态稳定腔的理论与实验研究

根据谐振腔理论,详细分析了内含热透镜的平凹腔的动态稳定性.指出在某一特定情形下,平凹腔可以只存在单一的稳定区.在此基础上,笔者以最佳输出功率曲线为目标,选择了一组腔参数,实验结果表明,该激光器在较宽的泵浦功率范围内,其输出功率与输入呈现良好的线性关系.     

应用ANSYS对同轴磁控管频率稳定度的优化设计

同轴磁控管的频率稳定度越来越受到雷达整机的重视,影响同轴磁控管频率稳定度的因素有多方面的原因,频率热漂移是其中最主要的原因之一。同轴磁控管频率热漂移主要是由其同轴腔决定。本文应用ANSYS对同轴磁控管频率热漂移进行模拟分析,对不同环境温度下同轴谐振腔的电磁场、热场以及结构应力进行了模拟仿真分析。根据分析结果选择和优化结构零部件材料,在模拟仿真达到设计参数要求的基础上进行装管验证,能够缩短产品研制开发时间,减小同轴磁控管的频率温度系数,提升工作频率稳定性。     

双端抽运双Nd:YVO4连续绿光激光器

为了提高半导体激光器抽运的全固态激光器的输出功率与光-光转换效率,设计并使用了双端抽运双Nd:YVO4绿光激光器。通过激光晶体温度场特性的研究以及依据光束的传输矩阵,分析了双激光晶体热透镜效应对于谐振腔稳定性的影响,设计了双端抽运双激光晶体折叠腔。在双端抽运双Nd:YVO4绿光激光器系统中,LBO晶体采用了Ⅰ类非临界相位匹配腔内倍频方式,当抽运光功率为26.56W时,获得了5.5 W的稳定连续绿光输出,其光-光转换效率为20.7%。结果同时表明,在谐振腔内插入双激光增益介质,不仅可以提高激光器的光-光转换效率,而且两个激光晶体热透镜效应相互作用的结果可以增强谐振腔的稳定性。     

Electrically small antenna elements using negative permittivity resonators

We show how resonators composed of negative permittivity materials can form the basis of effective small antenna elements. A quasi-static analysis of the resonant properties of a sub-wavelength negative permittivity sphere predicts that such a resonator will have a Q-factor that is only 1.5 times the Chu limit, matching the performance of other known electrically small spherical antenna designs, such as the folded spherical helix and the spherical capped dipole. Finite element simulation is used to demonstrate an impedance-matched radiating structure formed by coupling the resonator (a half-sphere above a ground plane) to a 50 ohm coaxial transmission line, where the coupling is mediated by a small conducting stub extending partially into the half-sphere. The resulting antenna has a ka<0.5, and its bandwidth and efficiency performance corresponds well to that predicted by the quasi-static analysis of the resonator.     

激光二极管端面抽运Nd:GdYVO4晶体热效应分析及倍频研究

通过求解泊松热传导方程,得出了端面抽运下矩形截面Nd:GdYVO_4激光晶体内部温度场分布以及Nd: GdYVO_4激光晶体抽运端面达到热平衡后的热形变量。当抽运功率为12 W,抽运光斑半径w_p=320μm时,Nd: GdYVO_4激光晶体的热形变量为0．855μm。根据Nd:GdYVO_4晶体内部温度场分布和晶体抽运端面达到热平衡后的热形变量,进而计算出晶体热焦距随抽运功率的变化。通过ABCD矩阵进行了腔参数优化,选取了更有效压缩KTP上基模光斑半径的V腔进行腔内倍频实验。在抽运功率为6．71 W时Nd:GdYVO_4获得了1．73 W稳定倍频绿光输出,光-光转换效率达到25．8％,绿光非稳度为1．13％。     

Determination of the thermal lens in solid-state lasers with stablecavities

A useful method to determine the thermal lens in a thermally loaded material inside a laser resonator under operation is presented. The laser beam emitted is focused with a lens placed exactly at the distance of its focal length behind the output mirror. For stable spherical resonators this focusing is not astigmatic even for an astigmatic cavity. This fact is used to experimentally determine the thermal lens including the beam quality factor (beam propagation factor) M² of the laser beam. Measurements are presented for an end-pumped rod and a longitudinally pumped slab laser serving as an example for an astigmatic cavity