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。     

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.     

TEM_(01)模He-Ne激光束的发散角的测定

要测量多模激光束的发散角,需测量激光束在垂直传播方向上的光斑半径。本文用针孔探测器方法和圆孔法测量 TEM_(01)模激光束的发散角,得到较为一致的结果。一、定义(1)多模激光束的光斑半径 w'(z)是光强下降到距中心(r=0)最远的极大值的 e~2分之一处到中心的距离。     

电注入连续波蓝光GaN基垂直腔面发射激光器

1 引言 半导体激光器主要有边发射和垂直腔面发射(VCSEL)2种形式.边发射的半导体激光器发出的光是多模激光,法布里一铂罗腔长度达数十微米,发出的光束发散角大,为不对称的椭圆光束;垂直腔面发射激光器(VCSEL)的谐振腔长度只有几个波长,可以发出单模激光,发散角小,光束圆形对称,其光束质量远高于边发射激光器.     

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.     

基于Talbot效应的激光二极管阵列外腔锁相

对基于Talbot效应的激光二极管（LD）阵列外腔锁相进行了理论和实验研究。在腔内各阶超模近场分布的基础上，在腔外加会聚透镜，在其焦平面上得到了同相模和异相模的远场分布。根据同相模和异相模在Talbot腔中的分布特性，提出ZT／2腔（指腔长的往返长度）进行外腔锁相时的理想腔长。由于ZT／2腔内是异相模振荡，远场图像为双瓣模，这时如果让外腔镜在慢轴方向倾斜角度α，让反馈回阵列的同相模和异相模成像位置各发生d／2的偏移，恰好可以选择同相模而抑制异相模。最后采用ZT／2腔对LD阵列的外腔锁相进行了实验研究，并在外腔镜不偏转和偏转角度α时分别观察到同相模和异相模的锁相现象。经过分析计算，同相模锁相时，奠远场单瓣模的发散角约为1.96mrad．     

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)     

高光束质量1.57 μm的光参量振荡器

将渐变反射率镜 (VRM)虚共焦非稳腔成功地应用于光参量振荡器 (OPO) ,在工作重复频率 2 0Hz时 ,获得了能量 40mJ,光束发散角 4mrad的 1 5 7μm激光输出。     

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．     

大功率LD端抽运固体激光器谐振腔的研究

提出一种新方法在谐振腔内加入补偿透镜的方法,可消除热透镜效应的不利影响,从根本上解决纵向抽运的大功率化问题,并从理论上进行了系统的分析和实验上进行了验证. 对于端抽运二镜直谐振腔,目前均采用平凹腔,但平凹腔输出发散角较大.在腔内加入补偿透镜后,改用平行平面腔,可获得更小的输出发散角. 对于四透镜折叠谐振腔,通常腔长较长,当大功率LD端抽运时由于热效应的影响,根本无激光输出.但在腔内加入补偿透镜后,则很容易出光.实验上,用连续功率12 W的LD端抽运时,在腔长1.5 m情况下,获得1.14 W激光输出,转换效率近10%.(OC16)     

不稳定腔主模的形成过程

高增益短反转寿命激光器,如N_2分子、准分子激光器,一般都具有很大的光束发散角.原因很简单,因为它们多数工作在稳定腔状态下,甚至还采用超辐射输出,N_2分子激光器就是如此.由于稳定腔的选择性损耗小,腔内建立起主模要经过几百次以上的往返传输.从光束发散角来说,腔的作用就是一个空间滤波器,经过多次过滤,才能选出低发散角的主模.正如[1]中计算所指出的,F-P腔选出低次模需要经过三百次以上往返.这样在稳定腔内实现主模运转大约需要微秒量级的时间,这对反转寿命只有几个毫微秒的激活介质来说,不足以选出主模,因此输出发散角很大.     

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。     

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。     

大功率TEA CO2 激光远场发散角评估方法

在大功率激光远距离定向传输中,远场发散角是衡量其性能的一个重要参量。大功率TEA CO2激光具有功率高、光束直径大等特点,常规手段无法准确测量其远场发散角。为解决该难题,提出了一种利用激光光斑尺寸拟合分析法来评估大功率TEA CO2激光的远场发散角。首先,从理论上推导大Fresnel数多模高斯激光束远场发散角,分析了影响激光束发散角的主要因素;然后,采用光斑烧蚀法试验测量近场(20 m)光斑数据,基于光束质量(M2)因子理论拟合得出了激光光束质量和束腰大小,从而推导出激光束远场发散角;最后,对比分析了以上两种方法的计算结果,讨论了结果存在偏差的原因。结果表明,近场光斑数据拟合法可准确、便捷地测量大功率TEA CO2激光束远场发散角。     

定向棱镜谐振腔的特性研究

采用定向棱镜谐振腔在固体激光器上获得了腔镜允许失调角为± 2 0°的高抗失调稳定性和远场发散角小于 1.6 mrad,光场模式为低阶模的高光束质量的激光输出 ,并对谐振腔的特性进行了理论分析。     

改进的YAG对撞增强型相位共轭腔研究

报道了在YAG激光器上运行一种改进对撞增强型YAG受激布里渊散射(SBS)相位共轭激光腔(改进型对撞腔)的输出特性。与未改进型撞腔相比,改进型对撞腔最高能输出150mJ的能量,输出脉宽最窄为11ns,光束发散角为1．1mrad;同等条件下,改进型对撞腔输出能量约提高了约40％,脉冲压窄了约10ns,发散角减小0．1mrad。     

用混合型非稳腔改善准分子激光的输出特性

通过远场光束质量测量,比较了稳定腔、平行平面腔和混合型非稳腔的输出特性。实验结果表明对于高增益的准分子激光,采用部份透射镜作耦合输出的混合型非稳腔可以使准分子激光的发散角减小到毫弧度量级。     

Blumlein放电长脉冲XeCl激光器的窄线宽输出

本文在一台长脉冲Blumlein放电XeCl准分子激光器上采用光栅、棱镜和标准具等腔内选择元件,研究了XeCl激光器的调谐特性、谱线宽度和光束发散特性。得到了单脉冲能量2mJ、窄线宽(～10~(-2))和衍射极限发散角(0.15mrad)的激光输出。     

助航激光器设计

简单介绍了助航激光器的构成,谐振腔的设计思想及谐振腔采用变反镜非稳腔之后对激光光束质量的改进及对远场发散角的压缩。     

打孔用选模YAG脉冲激光器谐振腔的图解分析

在工作中报导了一种打孔用选模YAG脉冲激光器。他们在谐振腔内引入了一个望远镜光学系统,使输出激光的模次降低,改善了光束的发散角,从而改进了钟表轴承打孔的效果。本文利用图解方法对这种激光器的谐振腔结构的模特性进行了分析,同时从自孔径选模条件下的基模热稳运转与腔结构的紧凑性等要求提出了改进意见。(一)图1所示为工作中采用的一种谐振腔结构。利用模象理论,容易求出R_1镜经透f_1与f_2相继变换后的等效镜R＇_1,与R_2镜经激光棒的等效热透镜f＇变换后的等效镜R＇_2(等效镜R＇的位置与曲率中心分别为R镜的位置与曲率中心通过变换透镜变换后的象)。图2示出上述谐振腔的等效两镜腔(R＇_1,R＇_2)