片状陶瓷YAG激光器的束转动90°环形非稳腔设计与数值模拟

提出将束转动90°环形非稳腔应用于片状陶瓷YAG激光器的设计。该设计采用两个薄片状YAG增益介质垂直放置形成屋脊镜,与另一屋脊镜共同构成光束旋转系统。采用快速傅里叶变换方法,计算了该腔的空腔模式分布。分析了该腔对抽运不均匀影响光束质量进行补偿的机理。并以片状增益介质侧面抽运不均匀为模型,计算比较了束转动90°环形非稳腔与常规腔的光场分布。说明束转动90°环形非稳腔应用于固体激光器,对抽运技术引起的不均匀增益平均化,改善了光束质量。为束转动90°环形非稳腔在固体激光器的应用提供依据。     

增益导引折射率反导引光纤激光特性的研究

为了实现大模场单模光纤,采用增益导引和折射率反导引相结合的新方法,进行了腔镜反射率对增益导引折射率反导引光纤激光器影响的理论研究,数值模拟了不同增益系数和负折射率差值情况下的模场分布及对模场的影响,得出了单模运转条件。结果表明,增益导引和折射率反导引光纤可以实现大模场面积,这为设计大模场光纤提供了理论依据,具有重要的指导意义。     

90°束转动环形非稳腔场畸变数值模拟

给出了非理想ＵＲ９０（Ｕｎｓｔａｂｌｅｒｉｎｇｒｅｓｏｎａｔｏｒｗｉｔｈ９０°ｂｅａｍｒｏｔａｔｉｏｎ）环形非稳腔的计算模型，用快速Ｆｏｕｒｉｅｒ变换法计算并分析了球面波象差、象散、青差、腔镜倾斜及增益分布不均匀对光场分布的影响。     

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...     

圆型空心波导谐振腔模模式的竞争与转换

波导激光器横模控制的理论研究表明:这种激光器在某些特殊的腔设计条件下,具有良好的激光横模选择能力。我们最近的实验结果也表明:在具有增益分布不均匀的激光腔中,波导激光器仍然具有良好的模式控制能力。由于这种增益分布不均匀的影响,高阶模可以获得比低阶模更高的增益。因而,研究圆型空心波导谐振腔内模式的转换就具有一定实际意义。     

1.06 μm结构参数最优化非保偏锁模光纤激光器（英文）

采用半导体可饱和吸收镜的锁模光纤激光器是构建皮秒脉冲光纤放大器的热门候选种子光源之一。本文利用非线性薛定谔方程从理论上分析了单模传输光纤和单模增益光纤的模场半径、增益光纤的光纤长度、光纤布拉格光栅的反射率、半导体可饱和吸收镜的调制深度、非饱和损耗和饱和通量对输出脉冲特性的影响。对输出激光的脉冲和光谱特性也进行了理论研究。根据仿真结果,搭建了基于非保偏线型腔和SESAM的掺镱锁模光纤激光器系统。在没有任何腔内色散补偿和外部偏振控制的情况下,获得了中心波长为1.06μm、脉冲宽度小于12.51 ps、光谱宽度为0.32 nm、重复频率为37 MHz、输出功率为2 mW的稳定锁模脉冲激光输出。在我们的实验中,激光脉冲的光谱边缘平滑,光谱分布非常接近高斯线型。最后,通过系统的仿真,近红外锁模光纤激光器的整体结构得到了优化。本文介绍的锁模光纤激光器具有紧凑的非保偏光纤结构、精简的腔内配置和较少的元器件、高质量的输出脉冲相关特性,有望为下一代皮秒脉冲光纤激光器提供性能优异的实用化种子光源。     

增益导引折射率反导引大模场光纤激光器特性分析

为了研究增益导引折射率反导引光纤激光器的功率分布及输出特性,根据此类光纤的结构原理和特点,建立了端面抽运的增益导引折射率反导引光纤激光器的基模光速率方程,推导了避免激发高阶模的增益阈值判决条件,并运用弦切法和Runge-Kutta法数值求解了该速率方程,分析了光纤长度、腔镜反射率等参量对基模输出功率的影响.采用芯径为1...     

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。     

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。     

注入式半导体激光器的模式特性

一、横模控制现在众所周知,由于受激复合引起非均匀载流子消耗使增益分布产生畸变,从而导致半导体激光器横模不稳定。增益分布的空间畸变导致场分布的畸变,同时也导致了模式增益或输出功率的改变。用解二维速率方程的方法从理论上分析了这个现象,其结果与实验中所观察到的现象相当一致。在探讨引起横模不稳定的因素的同时,提出并成功地沦证了改善后的激光腔结构。其中包括把一股条形激光器的条宽变窄和在激光器中引入内建折射率台阶。窄条形激光器被称为增益波导激光器。而带有内建折射率台阶的激光器被称为折射率波导激光     

腔镜倾斜扰动对正支共焦腔输出光束模式的影响

针对激光器出光过程中腔内像差扰动带来的光束质量下降问题,分析了正支共焦腔腔镜倾斜扰动对调腔光模式的影响,采用等效透镜波导法计算了凹、凸腔镜倾斜失调状态下的调腔光模式分布、泽尼克(Zernike)像差系数。同时采用哈特曼-夏克(Hartmann-Shack)波前传感器方法对此进行了实验定量研究,用模式法进行了波前重构。得到了扰动量与泽尼克像差的定量关系。结果表明,凹镜倾斜扰动对腔模的影响大于凸镜,对于大菲涅耳数非稳腔,腔内倾斜扰动量与腔外泽尼克倾斜系数具有良好的线性关系,若对凹、凸腔镜分别施加等量倾斜扰动,带来的腔外泽尼克倾斜系数比率约为光腔放大倍率。且腔模倾斜像差增加的同时还将导致离焦、像散等高阶像差的增大,因此作腔内相位补偿或校正时,应使补偿或校正平面尽可能靠近凹面镜;最后对实际激光束与He-Ne调腔光束的异同作了简要比较。     

扰动对非稳腔模式的影响和腔内倾斜像差校正

采用哈特曼-夏克(Hartmann-Shack)波前传感器分析了腔内扰动对无源正支共焦腔调腔光模式的影响,用模式法进行了波前复原计算。引入等量扰动,腔内凹镜对于腔模的影响大于凸镜;且对于大菲涅耳数非稳腔,腔内倾斜扰动量与输出光束中查涅克(Zernike)倾斜像差系数具有较好线性关系。建立了基于哈特曼-夏克波前传感器进行腔外探测,控制腔内凹镜的低阶像差校正系统,比较了在不同腔内扰动状态下对倾斜像差的控制结果。实验表明,对于腔内扰动频率较低或者准静态的情况,控制系统对腔内倾斜像差的校正具有较好的效果。     

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。     

角锥棱镜阵列谐振腔输出模式研究

为了研究角锥棱镜阵列谐振腔的输出特性,利用角锥棱镜阵列作为后腔镜,与平面镜构成角锥棱镜阵列谐振腔,模拟计算了角锥棱镜阵列谐振腔输出模式的近场及远场分布,理论分析了谐振腔的相干输出,实验获得了采用该腔型的钕玻璃激光器的输出模式的近场及远场分布.结果表明,模拟计算与实验得到的模式分布相吻合,近场光斑外形为六边形,与角锥棱镜...     

定向棱镜腔改善重频DPL光束质量的研究

影响重频DPL光束质量的主要因素包括谐振腔的失谐、非均匀光泵浦以及工作物质的热效应.定向棱镜作为全反射镜与平面输出镜构成简单的自准直、不失调介稳腔结构,实现对侧向泵浦DPL的增益匀化、热效应的光学补偿以及光轴的自纠偏.通过实验发现:定向棱镜谐振腔在热传导冷却、Cr4 :YAG被动调Q的侧向泵浦DPL中,40 Hz运行时,0.532 μm输出能量为52.2 mJ/pulse,稳定度为0.5%,脉宽7.5 ns,频率稳定度0.025%,远场束散角为2.8 mrad,2小时内光轴指向近乎零漂移,远场光束分布稳定.     

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。     

Development of EM field in lasers with rotating mirrorQ-switch

A fast-Fourier-transform (FFT) computational scheme based on a Fourier expansion technique is developed to calculate the development of an electromagnetic (EM) field from spontaneous noise inside a loaded rotating mirror Q-switched laser. A rate equations analysis is also carried out, using the FFT-calculated dependence of the diffraction loss on the fixed Q-switch mirror tilt angle. The computational results are compared with the output characteristics of an eye-safe (λ=1.54 μm) erbium glass laser. The experiments are in good qualitative and quantitative agreement with the predictions of the FFT mode. The model reveals short-duration intense spatial regions, as well as two types of temporal modulations of the laser output pulses. These modulations are attributed to the inhomogeneous development of the laser field in the longitudinal and transverse laser resonator direction. These irregularities must be taken into account when calculating eye-safety levels of rotating mirror Q-switched lasers