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。     

高斯光束低阶模焦点能量的相对分布

本文给出了高斯光束低阶横模聚焦后的焦点能量相对分布的解析解,并与不同放大倍率M值情况下的非稳腔单模远场聚焦特性进行比较。若以聚焦平面含激光总能量的80％作为光束发散角的统一基准,计算表明,在某些情况下,利用稳腔选模,可得到接近甚至优于非稳腔选模的良好光学质量,而且光腔结构简化,输出稳定性好及光电转换效率高。     

偏振抽取谐振腔

近年来,固体激光器向着既保证高光束质量又能高效率高功率输出并且系统又尽量简化 的方向发展。非稳腔就是获得大的模体积和接近衍射极限光束输出的例子之一。然而非稳腔光束受工作物质热焦距影响很大;腔内发散球面波限制了利用标准具来获得单纵模工作的能力;近场的环状光斑对某些应用也是不适用的。偏振抽取谐振腔正是针对上述缺点提出来的。 利用凹面全反射镜R_2和λ/4波片非镀膜面构成一个平凹稳定谐振腔,利用限模光阑来实现TEM_(oo)模电光Q开关工作。当输出的调Q脉冲到达凸面全反射镜R时被反射回来,并且光斑逐渐扩大,至YAG棒后,使其充满整个棒。这样在TEM_(oo)模体积以外的棒内贮能使光束得到放大。由于光束往返通过λ/4波片,返回的光束偏振方向与原方向旋转了90°,于是,被放大的光束在介质偏振器P上被抽取出腔外。     

CPM自滤波非稳腔YAG激光器研究

把由非谐振环和凸面全反射镜构成的自滤波非稳腔应用于撞脉冲锁模Ｎｄ：ＹＡＧ激光器，改善了光束的空间质量和输出稳定性，获得发散角为２倍衍射极限，能量５０ｍＪ，脉宽１０ｐｓ的锁模脉冲，并与未加滤波小孔的ＣＰＭ非稳腔的输出性能进行实验比较。，     

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。     

棱镜组压缩腔内光束的电光调Q Nd:YVO4 板条激光器

理论研究了棱镜组对非稳腔内激光光束的压缩.并在实际的非稳腔-稳腔混合腔板条电光调QNd:YVO4激光器内部加入棱镜组,在非稳腔方向上压缩腔内光束,从而有效减小电光晶体BBO所需的体积,同时仍然能保证在激光晶体上有较大的基模体积,满足大功率输出的要求.当连续泵浦为66 W的时候,得到重复频率2 kHz脉冲激光的平均功率为3.6 W,平均每个脉冲能量为1.8 mJ.脉冲宽度为6 ns.实验结果表明,在加入棱镜组后,激光光束仍能保证很好的光束质量,并能获得高重复频率、高强度的短脉冲.     

一种横流CO2激光器多折非稳腔

为充分利用高功率横流CO2激光器工作物质反转介质以及提高激光光束质量,采用外光桥、内光腔形式一级振荡,两级放大的非稳腔的光腔结构,提出一种多折非虚共焦非稳激光谐振腔.采用外光桥内光腔结构,安装调试方便,能满足激光器稳定运行的要求.多折非稳激光谐振腔结构可充分利用辉光放电区及其下游介质增益,获得足够大的高质量的激光功率输出.用有限元的方法,对该类型的激光谐振腔的特性进行了理论分析.分析结果表明,该多折非稳腔输出激光远场能量分布与多模激光能量分布相似,但非稳腔输出激光远场相位分布不存在180°跳变,因而具有很好的聚焦性能.     

非稳腔Nd:YAG被动锁模激光器

自1978年起有人对非稳腔结构的Nd:YAG被动锁模进行了实验研究.采用非稳腔结构的锁模激光器有可能得到单脉冲能量比稳定腔大得多并接近衍射极限的超短光脉冲.     

准分子激光振荡一放大系统中光束发散角分析

从光学谐振腔中近衍射极限模式的建立角度出发,分析了准分子激光振荡──放大系统的输出光束发散角,并讨论了与之相关的激光腔工作参数．     

环状耦合输出的90°束转非稳腔的模场计算

利用FFT方法对环状耦合输出的90°束转非稳腔在小放大倍率(M=1.2)情况下的模场畸变进行了数值模拟,分析了镜面倾斜和像散对输出光束质量的影响程度,并与常规环形非稳腔进行了比较,结果表明,环状输出90°束转非稳腔比常规环形非稳腔具有更优良的特性.     

射频激励扩散冷却平板CO2激光器谐振腔的分析

对适于平板结构射频激励扩散冷却CO2激光器的稳定-非稳混合谐振腔进行了理论分析。给出了腔参数与模参数之间的关系,为这种腔的设计提供了理论依据。研究表明:该谐振腔不仅能有效提取激活区的能量,且可输出单光束偏心椭圆像散光束,获得较高质量的激光。     

全固态单模Nd:YAG激光器输出特性优化的实验研究

为了实现高功率全固态激光器的高输出光束质量,使用1mm直径Nd:YAG激光棒和单一二极管激光模块侧面抽运的简单激光腔设计来实现功率高于10W、光束质量接近衍射极限的TEM00模输出。通过使用小口径激光棒抑制高阶横模振荡、曲面后反镜和负透镜组合补偿热透镜效应和实验优化后反镜的曲率半径、负透镜的焦距以及激光腔腔长等结构参数使激光器输出功率和光束圆率同时达到最大,实现了平均功率10.8W、脉冲宽度15ns、光斑圆率98.8%±0.8%、M2值为1.1的近衍射极限光束输出。结果表明,通过使用小口径激光棒提高激光器输出光束质量工程上可行。     

脉冲LD泵浦千赫兹1.57 μm全固态激光器

采用非稳腔光参量振荡（OPO）研制了千赫兹重复频率人眼安全波段全固态激光器。激光器采用电光调Q方式、脉冲激光二极管（LD）侧面泵浦Nd:YAG激光晶体实现了高光束质量的1.064m基频激光。光参量振荡部分采用Ⅱ类非临界相位匹配KTP晶体,为了获得较好的光束质量,OPO谐振腔采用平凸非稳定谐振腔结构,实现了千赫兹重频、窄脉冲1.57m波段激光输出。在脉冲激光二极管泵浦电流为125 A、电光调Q重复频率为1 kHz时,1.57m激光输出最大平均功率达到了4.67 W,激光脉冲宽度为4.3 ns,功率不稳定度为3%,激光泵浦阈值约为45 A。     

自适应光学谐振腔动态象差的分析

采用内腔自适应光学技术,在激光器光学谐振腔内设置可变形反射镜,可使相位误差在衍射成强度分布前得以校正,输出光束的相位和强度都可以得到校正。本文阐述了激光谱振腔内象差对腔几何参数的影响,用几何分析得出的非稳腔环形出瞳面上象差分     

高平均功率板条激光器设计研究

报导了九五预研高效能固体激光器课题中高平均功率项目的研究成果,介绍了应用于该项目的谐振腔设计.该系统采用高重复频率脉冲方式工作;激光头采用一级振荡输出方案;激光工作物质选取板条状几何结构的Nd∶YAG晶体;抽运腔采用紧耦合漫反射聚光腔;谐振腔采用虚共焦非稳定腔腔型;输出镜镀变反射率反射膜,超高斯线形.工作物质采用板条状几何结构,面抽运,面冷却,光束在激光晶体内走之字型,大大降低了高功率工作时激光晶体热效应对光束质量的影响.漫反射聚光腔的均匀抽运同样有助于激光晶体内温度分布的简单化,进而有助于光束质量的提高.试验中采用了一根6×30×203规格的Nd∶YAG板条晶体,用四支脉冲氙灯抽运,重复频率为100 pps,最后得到输出功率1028 W,单脉冲能量大于10 J(脉宽大于200 μs),光束质量优于三倍衍射极限,M2x=2.386, M2y=2.528.持续工作时间0.5小时,不稳定度为2.1%.(OC34)     

非稳腔的某些设计考虑

本文讨论在设计一种适合于某一增益介质特点的非稳腔时所作的一些重要考虑。大多数市售小型激光器多采用稳定腔。为了产生衍射限光束,激光器的菲涅耳数必须为1或<1。这样,激光介质的尺寸只能取几毫米。利用非稳腔,可以从大直径的往返增益高的介质中得到衍射限的激光输出。这种高的往返增益为:     

TEA CO2激光器同轴非稳腔光束质量

TEA CO2激光器作为推进系统的理想新能源之一,在提高单脉冲能量的同时,为了保证远距离传输效率,必须对其光束质量提出适当要求。通过漫反射法及分光束法精确测量了1Hz下TEA CO2激光器在平-凹型稳定腔和改进的带有涡流管冷却系统的同轴非稳腔的光束发散角,在得到稳腔β=12.53的情况下,采用改进后的同轴非稳腔,β=3.28,且单脉冲能量损失很少。这一结果对继续研制激光推进系统中大体积高能TEA CO2激光器是很有帮助的。     

具有二维变反射率输出镜的谐振腔设计研究

文中报道了用于高平均功率板条状工作物质激光器的谐振腔设计,该设计采用非稳定腔方案,输出耦合镜具有二维变反射率分布反射膜,在腔内补偿了工作物质引起的像散。得到了千瓦级的输出,光束质量优于3倍衍射极限。     

非稳定腔脉冲HF激光器

对不同放大倍数的非稳定腔脉冲HF激光器进行了实验研究,光束质量明显改善,输出能量没有降低。     

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。