稳腔固体激光器运转时热透镜焦距的测量

给出一测量激光二极管 (LD)端面抽运固体激光器稳态运转时腔内激活介质热透镜焦距的简便方法。采用混合模类高斯光束描述激光器输出镜后的光场分布 ,通过一狭缝在不同位置横向扫描光场来测得光束的光斑尺寸和描述光束的质量因子M2 ,根据混合模类高斯光束传播规律推导出光束的束腰及在相同激光器参数下对应的基模高斯光束束腰的大小 ,由此利用稳定谐振腔标准传输矩阵理论可得到相应的激光介质的热透镜焦距。基于上述测量原理 ,对LD端面抽运Nd∶YVO4 固体激光器热透镜焦距进行了测量 ,实验结果和理论分析相符。     

高斯光束通过非线性梯度折射率透镜的传输特性

基于无像差自聚焦理论,使用ABCD定律导出了高斯光束在非线性梯度折射率介质中的解析传输公式。采用矩阵光学方法研究了高斯光束通过非线性梯度折射率透镜的传输特性。结果表明,介质的非线性性和非均匀性、激光功率及入射光束参数影响其传输特性。     

激光二极管侧面抽运Tm,Ho:LuLiF激光器的热效应

报道了激光二极管(LD)三向侧面抽运Tm,Ho:LuLiF激光器热效应的实验研究.理论上计算了激光介质内抽运光强的分布,分析了不同抽运光束崾下,对抽运光强和均匀性的影响.利用有限元分析,模拟了抽运时介质内部温度分布轮廓图.将激光晶体热透镜效应作类透镜近似,进行实验测量.利用通过小孔的高斯光束光强变化,拟合出He-Ne光通过晶体前后的高斯光束形状;近似成高斯光束经薄透镜的变换,计算得出在抽运单脉冲能量3.3 J,脉冲重复频率10 Hz下,Tm,Ho:LuLiF晶体的热透镜焦距约为-2.3 m,实验结果与理论预测基本相符.     

若干固体激光腔的分析与评价

本文运用变换圆图解法对一些常用的中小功率固体激光器的谐振腔作一概要的分析;同时从谐振腔的热稳性、模式特性、紧凑性及激活介质的利用率等方面的优劣性给出评价。 一、变换圆图解法 在固体激光器中,由于激光棒内热透镜效应的存在,各种固体激光腔实际上是一些包含热透镜的复杂谐振腔。为了更好地分析这些复杂谐振腔,我们引入两种变换圆,用来描写高斯光束通过透镜时的变换关系。     

HF激光器腔内气动介质有序扰动的数值模拟

通过对化学激光器腔内介质不均匀性的分析指出 ,HF连续波化学激光器 (CWCL)腔内的气动介质的有序不均匀扰动将是影响输出光束质量的主要因素之一。利用建立的激光器腔内二维折射率分布模型对基频和泛频HFCWCL有无激射条件下腔内气动介质的有序分布进行了数值计算。分析比较了 3 Slot(3S)和 2 Slot(2S)喷管结构的激光器的性能和气动介质对光束质量的影响。数值模拟指出 ,在望远式非稳腔输出条件下 ,腔内 1m喷管阵列的气动介质有序不均匀扰动对光束质量的影响不大 ,但由于相位扰动的均方差将随喷管阵列长度的平方增大 ,对于HF泛频输出尤应重视。另外 ,3S在工作性能和光束质量方面均优于 2S。     

用快速傅里叶变换法分析超高斯反射镜腔的光场分布

常规非稳腔由于输出耦合镜硬边光阑的衍射效应而影响了激光输出。使用非均匀反射镜，可以起到软边光阑的作用，改善了输出光束的光场分布特性。高斯分布反射镜已经被广泛应用，超高斯分布反射镜的提出是对非均匀反射腔的一大改进。快速傅里叶变换(FFT)方法是计算激光腔光场分布的一种方便快捷的方法，利用快速傅里叶变换方法分析了超高斯反射镜腔的腔内三维光场分布情况，并模拟了热透镜焦距变化时腔内光场分布的变化。然后分别在空腔和考虑热透镜效应的情况下对输出光束的光场分布进行了理论模拟，并讨论了热透镜效应对输出光场分布的影响。     

CCD测量LD端面抽运Nd∶GdVO_4固体激光器热焦距

为研究Nd∶GdVO4晶体在激光二极管(LD)端面抽运固体激光器中的热效应,给出了一种测量激光器稳态运转时腔内激活介质热透镜焦距的简便方法。采用CCD光束分析仪直接测量输出光束的M2因子及束腰大小,根据混合模类高斯光束传输理论推导出相应的基模高斯光束束腰大小,由此利用稳定谐振腔的传输矩阵理论可得到相应的激光介质的热焦距。实验结果表明,抽运功率越高,热焦距越小,热效应对输出光束质量影响越严重。基于上述原理,对LD端面抽运的Nd∶GdVO4固体激光器热透镜焦距进行了测量,实验结果和理论分析相符。     

CCD测量LD端面抽运Nd:GdVO4固体激光器热焦距

为研究Nd：GdVO4晶体在激光二极管（LD）端面抽运固体激光器中的热效应,给出了一种测量激光器稳态运转时腔内激活介质热透镜焦距的简便方法。采用CCD光束分析仪直接测量输出光束的膨因子及束腰大小,根据混合模类高斯光束传输理论推导出相应的基模高斯光束束腰大小,由此利用稳定谐振腔的传输矩阵理论可得到相应的激光介质的热焦距。实验结果表明,抽运功率越高,热焦距越小,热效应对输出光束质量影响越严重。基于上述原理,对LD端面抽运的Nd：GdVO4固体激光器热透镜焦距进行了测量,实验结果和理论分析相符。     

偏心椭圆高斯光束

在椭圆高斯光束横坐标中引入复数偏移量,将其推广为偏心椭圆高斯光束。在垂直于ｚ轴截面内强度分布仍然是椭圆高斯函数分布,在传播方向上光束峰值强度沿直线分布,波前也存在横向位移。对偏心椭圆高斯光束经一阶光学系统的变换关系进行了定量推导。对传播方向偏离ｚ轴的椭圆高斯光束经薄透镜传播时的特例进行了讨论。     

多透镜热稳光腔

给出多透镜光学谐振腔的解析,分析了多透镜腔光束参数的动态特性,进而提出一种补偿激活介质热焦距变化影响的新观念,从而给出二种新型的热稳定谐振腔,本文称之为“硬性”热稳腔和“软性”热稳腔。     

菲涅耳透镜的衍射特性及误差分析

对均匀平面波、高斯光束和超高斯光束入射下菲涅耳透镜的衍射场在轴上和焦平面上的光强特性进行了研究,比较了它们之间的不同之处;分析了高斯、超高斯光束的束腰半径、位相误差和阶数对衍射场的影响。研究发现均匀平面波入射时,无论是轴上光强分布还是焦平面上的光强分布,都具有类似sinc函数的特征;而高斯／超高斯光束入射时,轴上的光强分布曲线相对较为平坦;高斯／超高斯光束入射时,随着超高斯光束的阶数增加或着束腰半径减小菲涅耳透镜的聚焦能力呈降低趋势;位相误差将使衍射场出现了多焦现象,这些焦点处的光强随着位相误差的增大而呈现增大的趋势,且正误差比负误差带来的影响更大。     

高斯光束在介质波导中的传播

本文考虑轴对称高斯型激光束在均匀介质及类透镜介质中的传播问题。本文采用作者以前所导出的正确方程,计及光束的衍射效应,求出了方程的解析解。在此基础上,讨论了激光束的宽度和波阵面问题。在均匀介质中,激光束将单调变粗;在类透镜介质中,激光束的宽度是z正弦函数,粗细交替出现。     

端面泵浦复合结构板条介质泵浦光束不均匀性的仿真研究

基于Zemax软件下的非序列模式（Non-Sequential Mode）光线追迹法,分别模拟复合结构板条介质泵浦端面和掺杂介质区工作端面上的光强度分布。由追迹结果可知,经过整形,在泵浦面强度分布均匀的泵浦光束经过非掺杂介质区传播到掺杂介质工作端面后光束分布均匀性大大降低。研究表明复合结构板条介质中非掺杂介质区影响了泵浦光束,即泵浦光在非掺杂介质区传播过程中发生全内反射,导致部分光束在实际工作端面的部分区域发生叠加,从而致使实际工作端面泵浦光束分布不均匀。     

高斯光束经含失调透镜的猫眼系统反射特性研究

为了分析猫眼光学系统中透镜失调对高斯光束反射特性的影响,将分划板的光瞳函数展为有限项复高斯函数之和,并利用适用于失调光学系统的广义衍射公式,求解了高斯光束经含失调透镜的猫眼光学系统的反射光场近似解析式,针对给定猫眼光学系统定量分析了透镜失调量对反射光束场分布的影响.结果表明,透镜的角位移比横位移对反射光束传输特性的影响...     

超短脉冲高斯光束经聚焦透镜的光场形式

考虑到激光腔模中光腰的频率依赖性 ,得到了超短脉冲高斯光束经消色差透镜聚焦后光场的解析形式 ,并讨论了此时透镜群速度色散对光束聚焦性质的影响。分析了单透镜色差和群速度色散对超短脉冲高斯光束聚焦的时间分布及脉冲波面的影响 ;比较了消色差透镜及单透镜中脉冲初始光腰尺寸对聚焦的影响。     

空心高斯光束通过光阑透镜系统的传输特性

为了研究空心光束通过硬边光阑透镜傍轴ABCD光学系统后的传输特性,利用柯林斯衍射积分公式,推导出了空心高斯光束通过受圆孔硬边光阑限制的傍轴ABCD光学系统的传输公式,所得公式可用来描述空心高斯光束通过任意傍轴ABCD光学系统的传输.研究了光阑、透镜以及光阑透镜系统对空心高斯光束传输特性的影响,并用数值例做了详细说明.结果表明,光阑和透镜均会使光束的光场分布向源平面前移,光阑会破坏空心高斯光束的空心性,而单纯的透镜只改变光场分布,不会破坏光束的空心性.这一结果对于空心光束的产生和应用有理论指导意义.     

基于随机微透镜列阵的激光光束匀化方法

利用微透镜列阵实现光束的分割和叠加是一种典型的光束匀化方法。而在微透镜列阵实现激光光束匀化时,由于微透镜列阵的周期性和激光的相干性,匀化光斑会产生周期性点阵分布现象,降低了光束匀化质量。提出一种利用中心离轴型随机微透镜列阵消除点阵效应以实现激光光束的匀化方法。在分析光束经过微透镜列阵的传播特性基础上,设计列阵中各个子透镜单元的几何中心偏离其光轴,利用中心离轴量的随机性打破微透镜列阵的周期性,消除目标面处的点阵现象,实现高均匀性的光斑分布。采用移动掩模技术制备随机微透镜列阵,并开展激光光束匀化实验。结果表明,该方法能够有效提高激光光束的均匀性,有望在激光加工、医疗和照明等方向有较大的应用前景。     

平顶多高斯光束通过ABCD光学系统的传输特性

利用广义惠更斯一菲涅耳衍射积分公式,研究了平顶多高斯光束通过ABCD光学系统的传输特性,推导出光强分布的解析式.以透镜系统为例,给出了平顶多高斯光束聚焦场轴上的和焦面处的光强分布表达式,并对其光强分布进行数值计算及分析.研究结果表明,平顶多高斯光束的聚焦特性与阶数N以及透镜系统的菲涅耳数Nw等有关,随着平顶多高斯光束的阶数N的增大或透镜系统的菲涅耳数Nw增大,轴上和焦面上的光强迅速增大、聚焦光斑减小、焦移量迅速减小.     

利用复振幅滤波器实现激光作用区温度均匀化的理论分析

理应用连续激光诱导金属膜或氧化膜层的过程中,由于激光焦斑光强呈高斯分布,致使材料表面激光作用区温度场分布成类高斯型,梦或的馥膜厚度正均匀、金属导线加宽,故直接利用高斯光束不能满足激光诱导技术对光束作用区温度均匀性的要求。文中利用复振幅滤波器对人射高斯光束的振幅和相位进行调制实现作用区光场均匀化的结果,模拟了在材料表面产生的温度分布。模拟结果显示,高斯光束通过复振幅滤波器后,光束作用区内温度场的分布均匀性良好,并且光斑半径范围内外温差显著,可以满足诱导技术对光束质量的要求。     

基于非球面镜像差效应的长焦深高斯光束均匀化光学系统设计

近红外高斯激光束在强激光与材料相互作用、激光清洗、激光燃烧诊断等热点研究领域中发挥着重要的作用。然而,高斯光束能量分布的不均匀性阻碍了这些领域的深入发展。为提高工作效率和测量精度,实际应用中往往期望光束能量在较大工作距离内呈均匀分布,但现有光束整形方法无法同时满足长焦深和高激光耐受功率要求。为此,本文基于非球面像差效应提出并设计了一种新型长焦深高斯激光束均匀化光学系统,系统由非球面光束均匀化系统和球面长焦准直系统两部分组成,所有透镜均采用熔融石英并在其表面镀有增透膜,能够实现99.9%的光学系统传输效率。系统工作波段为1064 nm,工作距离为1000 mm,系统总长为135.2 mm,耐受激光功率不小于300 W。设计结果表明:整形后的平顶高斯光束有效焦深为±100 mm,光束均匀性≥95%,会聚角为17.52 mrad,能够满足上述应用场景的实际需求。本文设计的光束整形系统相比于其他激光光束均匀化系统,具有结构简单、易于加工、成本低、焦深长、耐受激光功率高、光束均匀化效果好的特点。