高斯变反镜改善板条激光器光束质量的研究

在实验中对比研究了稳腔和高斯变反镜非稳腔两种腔型。采用尺寸为66.7 mm×11 mm×1.7 mm板条Nd∶YAG增益介质,泵浦功率860 W条件下,稳腔获得196 W的激光输出,Mx2=2.47,My2=38.6;高斯变反镜非稳腔获得102 W激光输出,Mx2=2.34,My2=6.48。实验结果表明高斯变反镜非稳腔明显改善了板条激光器宽度方向的激光输出光束质量。     

腔镜面型对射频板条CO_2激光器输出模式的影响

采用非稳腔结构的激光器,当系统的菲涅耳数较大时,球面腔镜尺寸随之增大,尽管可以获得高输出功率,但由于不满足傍轴条件,球面腔镜的球差对输出模式的影响变大。采用Fox-Li迭代算法,分析了腔镜类型不同时谐振腔有效菲涅耳数为675的2 k W射频板条CO_2激光器的输出模式,并进行了实验研究。结果表明,当腔镜采用双球面镜时球差的影响显著,输出光束近似为球面波,输出平面上光束质量因子M!2=14.48,光束质量差,聚焦后光束偏离光轴,难以实现高功率、高光束质量的激光输出;当腔镜均采用抛物面镜时球差的影响得以消除,输出光束近似为平面波,此时输出平面上光束质量得到改善,M!2=3.96,实验结果与数值模拟结果一致。     

强激光积分变换镜的光学性能及相关热作用

根据标量衍射理论研究一种常用积分镜，导出任意给定入射光束时在光学系统后不同空间平面上光束的强度分布，给出模拟计算实例，讨论经积分镜变换后光束的热作用。研究结果表明，变换光束带有强烈的干涉及衍射结构，入射光束分布及工作平面位置的选择对变换结果有显著影响。对于导热性能较好的材料，变换光束的干涉和衍射结构的热影响可以忽略，但是，配置与积分镜相应的模拟计算软件是提高使用质量的必要措施。     

离轴非稳腔导引光多光束干涉与远场图样研究

研究光腔内导引光的往返振荡物理过程与传播特性有助于理解、判断光腔的准直失调状态。离轴非稳腔作为一种兼具高提取效率与高光束质量的混合非稳腔,调腔导引光在离轴非稳腔中的振荡物理过程研究鲜有报道。通过理论计算与实验研究了导引光在离轴非稳腔内的多光束干涉过程及其远场传播特征,在实验中搭建了离轴非稳腔（X方向为平凹稳定腔,Y方向为共焦非稳腔）导引光研究装置,通过凹球面镜小孔注入波长为632.8 nm的基模高斯光束,开展了光腔准直与导引光远场图样研究,实验结果与计算结果吻合较好。计算与实验结果表明：离轴非稳腔的干涉图样与传统共焦非稳腔/稳定腔不同,调腔导引光在腔镜小孔注入处出现椭圆“水滴”状干涉图样,该图样亮度较高,可以用于判断光腔的准直状态。输出导引光的远场光斑在Y方向上是不同振荡阶次的亮核光斑,其中高阶次亮核光斑可用于指示红外激光的远场光斑位置。     

用腔内布拉格光栅改善激光源的空间光束质量

提出一种新方法改善空间光束质量，即利用厚相位光栅插入各种激光腔中进行角向选择。故意将Nd：YVO4激光器输出的光束质量变差进行原理性实验，使光束传播因子M^2提高4．5倍。实现了加宽面积的激光二极管在带有厚光栅的外腔中运行。通过降低输出光谱宽度3．8倍．得到10mW连续波输出功率，光束传播因子M^2达到1．3。     

基于双色镜的2.3 kW光纤激光光束合成

基于双色镜的光谱合成技术可突破单个光纤激光器输出功率极限的限制，是获得高功率、高光束质量激光输出的有效技术手段。理论上，初步探究了参与合成的光束位置偏移及倾斜误差对合成光束质量的影响，结果表明光束倾斜误差对合成系统的输出特性影响显著。实验上，开展了两路窄线宽光纤激光器的合成实验，使用双色镜作为合成元件，获得了最大输出功率为2355 W的高光束质量共孔径合成输出，光束质量M2为1.9，合成效率大于99%，实验验证了双色镜在反射和透射情况下具有较高的效率。通过进一步提高单路光纤激光的输出功率或增加合成路数，可以实现更高功率和更好光束质量的共孔径激光输出。     

402一种腔外净化光束的实验研究

４０２一种腔外净化光束的实验研究陈慰宗（西北大学物理系，西安７１００６９）净化光束即提高光束质量，减少光束发散角可以用很多方法来实现。本文采用了后向布里渊散射的方法。将一束高质量低功率的激光束会聚射入非线性有机液体中产生后向布里渊散射光束，把它作为种...     

百瓦级环形非稳腔板条激光器腔内校正

提出一种环形非稳腔结构,该结构将传统驻波非稳腔腔内的非共轭像差校正转换为共轭像差校正。搭建了百瓦级环形非稳腔Nd:YAG板条激光器,采用59单元自适应光学系统对腔内像差进行校正。利用980 nm参考光束和Shack-Hartmann波前传感器测量腔内像差,采用加权最小二乘法复原波前像差,最后用倾斜镜和变形镜进行校正。最终在低抽运功率下将输出功率从105.8 W提高到113.1 W,光束质量β因子从6.98优化到2.33。该研究为环形非稳腔应用于高功率固体激光器并获取高输出光束质量提供了一种技术途径。     

高效内腔倍频Nd: YAG激光器

经过对四镜折迭腔细致的数值分析，发现只要腔参数选择得当，这类腔能实现大基模体积热稳运转。腔内适当大小的束腰光斑使倍频过程有较高的效率。实验验证了这一结果，最高倍频输出超过３２Ｗ，而且与同类传统的两镜直腔激光器相比，输出光束质量有显著的提高     

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。     

高功率固体激光谐振腔研究的进展

基于我们的工作和体会，对高功率固体激光腔研究的某些新进展，包括自成像和自滤波非稳腔，共轴和离轴非稳腔，折迭和离轴棱镜腔，非轴对称像散腔，可变反射率镜腔和渐变位相镜腔等作了详细评述和分析。最后，对实现高功率和高光束质量输出的物理思想和技术原理作了总结，并指出了可能的应用。     

可实现连续激光-脉冲转换的全光纤声光耦合环形谐振腔

研究了光纤声光耦合环形腔独特的谐振特性。结果表明利用光纤声光耦合器的移频与滤波特性 ,可研制成一种全新结构的光纤声光耦合环形谐振腔。从理论和实验上证明了 :基于腔内累积声光移频分量的多光束干涉 ,光纤声光耦合环形谐振腔可将注入的连续激光将转换为脉冲列输出。     

基于双轴锥镜的环形激光束整形

为了改善非稳腔高能激光系统的光束质量,提高发射光学系统口径的利用率,采用新型的可用于光学非稳腔输出环形光束的光学整形方法,通过在激光腔外的光路上增加光学元件对输出的环形激光束进行了整形变换。在理论分析的基础上,设计并加工了基于双轴锥镜的光束整形装置,针对非稳腔高能激光器输出的环形光束进行了整形实验,取得了与理论分析一致的数据。结果表明,采用双轴锥镜装置整形后的光束比原始光束具有更好的光束质量,光束束腰直径由45mm减小为32mm,光束质量因子M2由14减小到11.8。该方法用于光学非稳腔输出环形光束整形变换具有可行性。     

含补偿腔的自混合干涉效应研究

为了增加自混合干涉测量的测量距离、改善干涉信号质量,采用在传统的自混合结构的基础上,在外腔中加入补偿镜的方法,在实验和理论上进行了观察和分析。由实验可知,有补偿腔后,测量距离从原来3镜腔的20cm增加到60cm;含有补偿腔结构的干涉信号强而稳定,明显好于3镜腔结构,而且干涉信号随补偿镜位置和反射率的不同,效果不同。根据腔镜结构,从波的传播理论出发,给出含补偿腔的理论模型,用MATLAB编程对模型进行的数值模拟结果与实验结果吻合得很好。结果表明,通过在自混合干涉系统中加入补偿镜,克服了原来自混合干涉系统的诸多缺点,为自混合干涉测量的实用化提供了有益的参考。     

全固态单模Nd：YAG激光器输出特性优化的实验研究

报道了一种使用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。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、光束圆率98.80.8%、M2值1.1的近衍射极限光束输出。     

LDA抽运Nd:YAG/LBO单通道腔内和频589nm激光器

报道了一种光纤耦合激光二极管阵列(LDA)抽运Nd:YAG晶体、腔内I类临界相位匹配LBO和频、连续波输出的全固态589nm激光器的设计和实验结果。黄光激光是由Nd:YAG 晶体的1064nm和1319nm谱线腔内和频产生,其对应能级跃迁分别为4F3/2到4I11/2和4F3／2 到4I13/2。实验采用三镜腔结构,在808nm 12W的抽运功率下,获得了最高功率为384mW连续波TEM00的589nm黄光激光输出,光束质量因子M2<1．2,4h功率不稳定度小于±2％。实验结果表明采用三镜腔进行腔内和频是获得589nm黄光激光的有效方法,并可以应用到 Nd:YAG晶体的其它谱线或具有多条谱线的其它激光增益介质,获得更多不同波长激光输出。     

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。     

KTP晶体热效应与光束质量改善研究

讨论了腔内倍频KIP晶体的热透镜效应，计算了平平谐振腔中KTP晶体在最大泵浦功率为180W时的热焦距为853mm；并在此基础上优化了腔型，改善了光束质量。实验中采用了9个20w的高功率半导体激光器侧面抽运的单Nd：YAG棒、单声光Q开关、高效小曲率凸凸腔内倍频谐振腔结构，对KTP晶体和Q开关采取适当的冷却方式，最终实现了光束质量因子M2达3．16。功率稳定性RMS值为0．781％，平均功率为16W的高功率高光束质量的激光器稳定性运转。     

对卡塞格林式多程放大器中环形光束传输的数值模拟

利用光线追迹法以及分步傅里叶-贝塞耳变换法,考虑了光阑对光束的拦截和通光作用以及激光放大过程中的增益饱和效应,对环形腔调Q钕玻璃激光系统振荡器输出的光束经卡塞格林式放大器多程放大后的光场演化过程进行了数值模拟,并进行了实验验证。分析得出现有系统中输入输出镜的阶跃反射率分布是导致输出环形光束质量不好的主要原因,并重点对放大器的腔镜部分进行了优化设计,提出了反超高斯反射率分布的输入镜与超高斯反射率分布的输出镜相组合的腔镜对结构。数值模拟结果表明,该腔镜对的使用可大大改善输出环形光束的质量。     

部分端面抽运的Nd:YVO4板条固体激光器

利用自制高功率激光二极管（LD）列阵堆和波导整形抽运耦合系统，将抽运光耦合至Nd：YVO4板条晶体，平平腔运转得到了1.064μm的偏振激光输出。在最大抽运功率为84W时，透过率为10％的输出腔镜得到了31W的激光功率输出，光一光效率37％，斜效率45％，板条晶体两个方向的输出光束质量差别较大。为了进一步提高光束质量，使用柱面镜混合腔结构，在最大抽运功率为86W时，得到了19．3W的1064nm激光输出，测得的非稳腔和稳腔两个方向的M^2因子分别为1.4和1．7。