FTIR-Q开关有源腔的激光热效应的理论研究

本文是对FTIR-Q激光开关理论探讨的系列之三。在FTIR-Q开关谐振腔中插入激活元件,使腔的光程有所改变,由于激活材料具有可饱和的非均匀增益、热透镜效应以及双折射的原因,模式结构也将受到扰动。我们利用矩阵光学研究了激光热透镜效应对受抑全内反射Q开关谐振腔的稳定性和基模输出光束发散角的影响·引入谐振腔稳定性曲线,从理论上推论了可行的补偿方法,并证明该腔的模结构发生畸变的主要机理是抽运引起的热透镜效应。     

平行平面热稳定谐振腔

利用费涅耳标量衍射理论和光学模成象法则,讨论了具有内透镜的谐振腔;导出了等效谐振腔的基本结构.计算与分析表明,具有内透镜的平行平面腔可以等效为平球型谐振腔.当腔镜与透镜的配置满足本文所推导的公式时,该腔是热稳腔.讨论了这类谐振腔的选模特性和一些设计实例.     

热透镜效应对谐振腔稳定性影响研究

根据激光腔的矩阵理论和稳定条件,分析了热透镜效应对不同类型谐振腔稳定性的影响,推导了谐振腔稳定区域对应光焦度的边界值与激光棒位置的关系.是对于一个确定腔型的谐振腔,在热透镜效应的作用下,腔型可能会发生变化,存在两个或两个以上光焦度区域,在这些区域中,谐振腔保持原腔型,可以根据泵浦的情况,选择合适的腔参数,以避免热透镜效...     

固体激光器的横模选择——平行平面热稳腔

本文利用费涅耳标量衍射理论和光学模成像法则，讨论了具有内透镜的谐振腔。导出了等效谐振腔的基本结构。计算与分析表明，具有内透镜的平行平面腔可以等效为平球型谐振腔。当腔镜与透镜的配置满足本文所推导的公式时．该腔是热稳腔。本文还讨论了这类谐振腔的选模特性和一些设计实例。     

一种改善激光器输出光束质量的新型谐振腔

由于横向抽运的DPSSL输出光束在两个垂直方向上有不同的发散角 ,把一对平行放置的柱透镜置于谐振腔内 ,形成一种可以改善激光器输出光束质量的新型谐振腔。利用 ABCD传输矩阵理论及等效G参数法计算了稳腔范围。从实验上测得横向上光束质量为M2x =1 2 31,而对于简单的平凹腔M2x =2 6 72 ,大大改善了DPSSL在横向上的光束质量因子     

纵向抽运准三能级Yb:YAG激光器的理论模型及实验研究

在激光谐振腔中,边缘冷却的激光晶体中存在着温度梯度分布,从而使激光晶体等效为一个热透镜.热透镜效应对固体激光器的性能影响很大.由于热透镜效应,振荡光光斑半径会随抽运光功率及激光谐振腔腔型结构的变化而变化,这将影响输出光功率的大小.在考虑振荡光光斑半径随抽运光功率及谐振腔变化的情况下给出了速率方程的表达式,并采用数值方法求解.由理论分析可知,输出光功率与抽运光功率及谐振腔腔型结构有关.在相同的抽运功率下,腔型不同输出光功率不同.采用930 nm纵向抽运,发射光波长1030 nm的准三能级Yb∶YAG晶体在三种不同腔型结构下进行实验,实验结果表明腔型结构对激光输出功率影响很大.实验结果与模拟符合较好.     

基于V型谐振腔的热稳定性分析

为了提高V型谐振腔的热稳定性,采用了图解分析法,将V型折叠腔等效为腔内含有一个透镜的共轴球面腔。同时考虑到晶体热透镜效应,结合多元件光学谐振腔的等价腔分析法,将等效后腔内含透镜组的多元件球面腔近似等价为腔内不含透镜的共轴球面空腔。对V型腔等价后的共轴球面空腔的稳定性进行了理论计算和仿真分析。结果表明,当总腔长为75mm、折叠角为0.15π左右时,谐振腔具有最宽的热稳定范围;此时若增益介质与折叠镜的间距为28mm,则谐振腔能适应的最小热透镜焦距可达12mm。这一结果体现了谐振腔关键参量对热稳定性的重要影响,对激光腔型稳定性的优化设计具有一定的指导意义。     

高功率激光窗的热透镜效应及补偿

本文对GaAs及ZnSe输出腔镜的热透镜效应进行了实验研究和理论分析.用凹面输出腔镜对热透镜效应进行了补偿,使高功率快速流动横向电激励CO_2 激光器的光束质量得到了提高.     

固体激光器腔型结构对热透镜焦距测量的影响

热透镜效应对固体激光器的性能影响很大,准确测量热透镜焦距对固体激光系统的设计有重要意义。考虑热致双折射效应,利用等效谐振腔的g参数坐标图进行分析,推导了三种不同腔型结构下径向热透镜焦距和切向热透镜焦距系数的计算方法,分析并得出了测量热透镜焦距系数所需的腔型结构。实验采用Nd∶YAG作为激光晶体,三组激光二极管互呈120°侧向抽运。实验结果表明,在非对称平-平腔中,当激光晶体相对于两面腔镜位置不同时,谐振腔输出功率会出现不同的变化趋势,测量出径向热透镜系数为31.76 m.W和切向热透镜系数为42.26 m.W。实验验证了理论分析的正确性。     

一种新型的热稳腔

一种新型的热稳腔,由半导体激光泵浦源、全反射镜、固体激光介质、x向位置可移动的补偿透镜、输出镜及x向移动控制装置组成.在激光谐振腔内放置一x向位置可根据激光输出功率的变化而移动的补偿透镜,从而在大功率激光输出时消除腔内的热透镜效应,形成一热稳定腔.该热稳定腔可应用于大功率半导体泵浦固体激光器,有效消除腔内的热透镜效应,在激光大功率输出时保证激光器性能稳定可靠.     

折叠式准封离型CO2激光器的光学谐振腔设计

在千瓦级基模连续CO_2激光器谐振腔设计中,采用具有良好横模选择能力的准封离型多折腔方案,考虑到共振腔内负的气体热透镜效应,使模体积与激发体积形成良好匹配,谐振腔获得稳定的最大效益的功率输出。在此基础上采用机械斩光盘式调Q方案,调整谐振腔设计参数,补偿高功率激光窗口正的热透镜效应,获得了最大平均输出功率800W的以基模为主的CO_2调Q脉冲输出。     

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)     

固体激光谐振腔的工程设计方法

固体激光谐振腔的工程设计计算中有两个比较重要的问题:(1)如何根据工程需要的谐振腔内激光束参数计算相应的谐振腔几何参数;(2)如何考虑激光工作物质的热透镜效应。本文根据激光束在各种光学介质中的传播规律分述以下四个问题: (1)用模匹配概念设计计算复杂谐振腔光学元件几何参数的方法;     

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。     

双锥透镜的对称近似无衍射贝塞尔谐振腔

设计了对称贝塞尔(Bessel)谐振腔,它由两个完全相同的锥透镜构成,两锥透镜锥顶相对,底面镀膜对激光波长全反.利用光线追迹法对光线通过锥透镜和双锥透镜谐振腔的等效波导系统进行了分析.利用Fresnel-Kirchhoff衍射积分定律和Fox-Li迭代法,通过数值计算得出了谐振腔的稳定场分布.几何光学和波动光学两种分析...     

热透镜球差效应对基模光束质量影响的研究

研究了激光晶体热透镜的球差效应对谐振腔的输出光束质量、腔内损耗和输出功率等特性的影响。通过对二极管端面抽运条件下激光晶体的热效应进行分析,计算了热透镜球差系数的大小,得到了激光晶体热透镜球差系数与抽运光功率和振荡激光半径间的函数关系。实验验证了球差效应对激光谐振腔中基模光束质量的影响,与理论分析符合得很好。     

腔内含有热厚透镜的最佳动态稳定腔的分析

本文的研究结果表明,含有等效热厚透镜的谐振腔与含有等效热薄透镜的谐振腔一样,只要设计合理,同样可以满足最佳动态稳定腔判据。具有这种最佳动态稳定腔结构的激光器,其输出激光对腔内存在一定程度的热扰及对腔镜与激活介质的相对位置与设计要求的一定偏离等因素是不敏感的。     

带有光束变换器的环波导激光器

介绍了一种新颖结构的环波导CO2激光器.该激光器采用全金属环状波导管,结构完全实现了扩散冷却、体积整体缩放的技术要求与器件微小型高功率化要求.根据激活介质为中空、环状的特性,把常规所用的输出镜改用正角锥透镜.正角锥透镜的底面与一个平行平面铜全反射镜构成平行平面激光谐振腔.该器件环波导区宽度为2.25 mm,谐振腔长为200 mm,输出镜透射率为10%.当器件工作在最佳工作总气压约104 Pa,最佳工作气体分压比:CO2∶N2∶He∶Xe=1∶1∶6∶0.5,采用横向射频激励时,观察到145 W激光功率输出,总的电光转换效率为11%.若无光束变换器时,该器件输出光束为平行的环状光束.光束变换器是由正角锥输出镜与一块用同一种材料做成、具有相同棱角的负角锥透镜构成.可以根据应用要求,调节出射的光束宽度与横向模式分布.(OC39)     

电控宽域热不灵敏Nd∶YAG固体激光器的研究

运用激光谐振腔的矩阵光学理论,并根据内含补偿透镜和热透镜的激光腔处于热不灵敏的条件,给出了激光腔处于热不灵敏状态时补偿透镜屈光度与热透镜屈光度的对应关系;在此基础上,设计了一种宽域热不灵敏激光腔,该激光腔采用电调谐液体透镜作为补偿透镜,根据泵浦功率的变化调节电压改变液体透镜的屈光度,进而使激光腔在泵浦范围内始终保持热不灵敏状态。     

腔内电子扫描光束研究

过去的扫描技术,都是在激光器腔外,采用机械、电光、声光等方法,而本文根据VO_2薄膜的热效应和特殊的光学系统,进行了腔内电子扫描光束的设计研究,将一块透镜镀上VO_2薄膜作为激光器谐振腔的全反射镜,在腔内共焦放置两块相同的透镜组,用电子束加热VO_2薄膜上的反射点来控制脉冲或连续输出的激光束,并且这些反