稳定光学谐振腔高斯光束的发散角理论

当考虑到高斯光束在通过界面时参数的变化后,光学谐振腔输出高斯光束的远场发散角(外发散角)一般不等于自由空间中高斯光束的远场发散角(定义为内发散角),使用ABCD矩阵,g-和g-参数表示,导出了在基模和多模工作时内、外发散角的一般公式并对(1)固体激光腔;(2)输出镜为平面镜;(3)激光棒端面直接镀膜成镜;(4)热透镜腔等四个典型例证作了比较和讨论。     

推广的高斯光束远场发散角理论

本文定义了光腔高斯光束的外发散角和内发散角。利用ABCD矩阵,g-、g~*-参数表示和为实验所支持的多模远场发散角的定义推导出了简单两镜腔和多元件谐振腔基模和多模外发散角和内发散角的一般公式,得出了(1)一般固体激光腔;(2)输出镜为平面反射镜;(3)激     

非链式脉冲DF激光器非稳腔设计与实验研究

采用正支虚共焦腔型对非链式脉冲DF激光器进行非稳腔参数设计并开展实验研究,通过与平凹型稳定腔的对比,揭示了非稳腔在压缩激光远场发散角、提升光束质量方面的显著优势。选取能体现远场能量集中度以及实际光束与理想光束偏移程度的衍射极限倍数β为光束质量评价参数,实验中以86.5%环围能量定义光斑大小,并利用90-10刀口法测量光斑尺寸。通过对不同放大率及模体积的9组非稳腔实验结果的对比,得到了设计优化非稳腔结构参数的规律。综合输出能量、远场发散角、衍射极限倍数β三方面因素,得到了最佳非稳腔参数为放大率M=1.89,后反射镜口径D=40mm,此时激光远场发散角(全角)为0.74mrad,β=1.35,输出能量为1.86J,峰值功率为16.4MW。     

电激励重频HF激光器非稳腔设计及实验研究

为实现电激励重频HF激光远距离传输,在较短的谐振腔内产生大模体积的高质量激光束,开展了激光器正支虚共焦非稳腔的结构设计、仿真计算和实验研究。仿真结果表明,随着放大率M的增大,远场光斑中心亮斑包含的能量逐渐增大,能量向中心转移,远场光斑尺寸和远场发散角也随放大率M增大而减小。实验结果表明:随着放大率M的增大,远场光强分布、光斑尺寸和发散角变化规律与仿真结果一致,但输出激光能量以先增大后降低的规律变化。综合考虑高光束质量和高能量的指标要求,在流场正常工作情况下,当放大率M为3.0时,获得了远场发散角为2.37倍衍射极限和激光能量稍低于稳定腔（约为稳定腔激光能量的94.6%）的重频激光输出,满足激光远距离传输需求。     

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。     

对激光束M2参数问题的一点认识

讨论与M2参数有关的一些问题.当采用光束二阶强度矩方法定义光束光斑大小和远场发散角时,M2参数满足M2≥1.但当改变其定义后,例如,采用86.5%(或其它百分比)功率通量法定义光束光斑大小和远场发散角时,由此定义的M2参数(Mpc2)的最小值是多少,什么样的光束具有最小的M2参数(Mpc2).本文在采用86.5%(或其它百分比)功率通量法定义光束光斑大小和远场发散角的前提下,对这些问题进行了讨论.结果表明:共焦腔的输出光束应具有最小的M2参数(Mpc2);当采用86.5%功率通量法定义光束光斑大小和远场发散角时,M2参数(Mpc2)仍满足:Mpc2≥1;但当采用其它百分比定义时,M2参数(Mpc2)有可能小于1,Mpc2的大小取决于所定义的光斑半径内包含的光功率的百分数.     

LBO Ⅰ类临界相位匹配内腔和频593. 5nm 激光器

报道了LD端面泵浦Nd∶YVO4晶体产生1064nm和1342nm双波长激光束,采用一个线性平凹腔结构,利用LBOⅠ类临界相位匹配在腔内和频产生593.5nm连续黄光激光输出的全固体激光器的实验研究。在泵浦功率为10W时得到593.5nm的黄光激光输出功率为260mW。光束远场发散角θ<1mrad。593.5nm激光输出为低噪声输出。24h功率不稳定度小于±2%。     

MBE生长高光功率转换效率InGaAs/GaAs/AlGaAs应变量子阱激光器

本文从理论上分析了实现InGaAs/GaAs/AlGaAs应变量子阱激光器高光功率转换效率、高输出功率的有效途径,并优化了器件结构,可以同时获得低的腔面光功率密度和小的垂直于结平面远场发散角.利用分子束外延生长构成了高质量InGaAs/GaAs/AlGaAs应变量子阱激光器,其最高光功率转换效率为53%、最大输出功率为3.7W,垂直于结平面方向远场发散角为30°     

小垂直发散角大光腔980nm单模InGaAs/GaAs/AlGaAs量子阱激光器

通过采用经过优化的新型大光腔结构,脊形波导980nm单模InGaAs/GaAs/AlGaAs多量子阱半导体激光器在保持大功率光输出的同时获得了较小的垂直发散角.结果表明波导中的光功率密度可以降低,获得了大于400mW、斜率效率0.89W/A的输出光功率,垂直方向远场发散角也降低到23°.     

小垂直发散角大光腔980nm单模InGaAs/GaAs/AlGaAs量子阱激光器

通过采用经过优化的新型大光腔结构,脊形波导980nm单模InGaAs/GaAs/AlGaAs多量子阱半导体激光器在保持大功率光输出的同时获得了较小的垂直发散角.结果表明波导中的光功率密度可以降低,获得了大于400mW、斜率效率0.89W/A的输出光功率,垂直方向远场发散角也降低到23°.     

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。     

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     

Single-mode blue-violet laser diodes with low beam divergence and high COD level

We demonstrate GaN-based high-power single transverse-mode laser diodes (LDs) emitting at 405 nm. LD structures are designed to exhibit a high level of catastrophic optical damage and small beam divergence angle. By the control of refractive index profiles, we achieved a vertical beam divergence angle of as low as 17.5/spl deg/ and maximum output power of as high as 470 mW under continuous-wave operation condition. In addition, nearly fundamental transverse-mode operation is demonstrated up to 500-mW pulsed output power by far-field investigation.     

射频激励平板波导－非稳腔CO_2激光器的研究

本文报导一个横向射频激励的平板波导ＣＯ）２激光器。该激光器采用虚共焦非稳腔，其波导尺寸为１．５ｍｍ＊３０ｍｍ＊４００ｍｍ，获得１３３Ｗ的激光输出，光电转换效率为１１％，发射光束近衍射极限。     

He-Ne激光束远场发散角的精确测量及误差分析

首先利用远场光斑测量法,测得GY-10型He-Ne激光器的远场发散角为1.15mrad.接着,根据高斯光束对望远镜系统变换,通过两个望远镜实现He-Ne激光束的准直,得到水平方向的远场发散角75.78 μrad,垂直方向76.53 μrad.最后,对实验中存在的误差分析可知,可用多次测量求平均值的方法消除误差;准直望远镜系统的微小失调可引起出射激光束远场发散角有较大的变化;测量系统中需使用长焦距的凹面镜.     

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。     

脉宽可调YAG激光器稳定性的实验研究

对脉冲Nd:YAG激光器抽运的双池受激布里渊散射(SBS)相位共轭镜进行了实验研究,将相位共轭镜后向反射光束馈入YAG放大级,经放大级放大,由偏振片耦合输出的激光束具有高质量、脉宽可调的特点,远场发散角接近1倍衍射极限。同时研究了远场发散角和输出能量稳定性随抽运能量及双池间距的变化关系,通过选用最佳抽运能量,远场发散角及激光器总体输出能量的波动性都可以控制在5%以内。     

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。     

非球面镜准直大功率半导体激光阵列远场特性

针对目前采用非球面快慢轴准直镜准直的大功率半导体激光阵列的远场光束特性在理论上缺乏准确的描述,而常用的单一能量利用率光束发散角不能够准确地描述半导体激光器准直光束的特性,难以有效指导其后整形、聚焦等光学系统设计的问题,文章利用CCD成像结合图像处理手段对半导体激光阵列光束经过非球面快慢轴准直镜后的远场光束进行实验研究。实验结果表明,随着能量利用率选择不同快、慢轴远场发散角变化趋势有较大区别,在较高能量利用率条件下,快轴方向能量利用率的微小增加可导致光束质量的迅速劣化,对光学系统要求苛刻;而慢轴方向能量分布较为均匀,光学系统冗余量较大。