畸变光束远场光强叠加特性研究

在远场将阵列激光的光强进行叠加是获取高功率激光输出的一种有效方法,由于激光在传输过程中会产生波前相位畸变,进而导致远场光强分布不匀滑。基于惠更斯-菲涅耳原理,建立了多束具有随机相位畸变的二维矩形阵列高斯光束非相干合成模型。模拟了光强合成过程远场焦斑的质量变化,计算了远场焦斑RMS和PSD与合成光束数量之间的关系。结果表明:光束非相干合成不仅能够有效提高激光的输出功率,还可以使畸变光束合成后的焦斑分布更加匀滑,提高光束的质量。     

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。     

非稳腔激光光束质量评价的几个问题

本文讨论了研究光束质量的目的意义，认为测量光束质量的实质，是在能量守恒前提下，确定光束的传输方程。分析了虚共焦非稳腔环孔激光束的远场衍射特性，环孔衍射产生的中心亮斑比同样孔径的圆孔衍射中心亮斑细小，但强度低。环孔越窄，中心亮斑越细小，强度越低，大部分能量都分散到侧瓣上去，能量集中度下降，远场发散角增大。用能量含量百分比定义光束束宽不符合传输方程，环孔光束远场衍射的强度分布二阶矩不收敛，因此用β和Ｍ２衡量这种虚共焦非稳腔的光束质量都存在一些基本困难。顺便讨论了所谓无衍射光束和超衍射极限光束。最后也讨论了非稳腔激光光束质量评价的可能解决方法。     

孔栅分束镜测量强激光远场光束质量的研究

论述了孔栅镜光束衰减和取样的原理及特点,用此法对高功率连续CO2激光器远场光强分布进行了检测,给出了光强空间分布。算出了光束的焦斑半径、远场发散角,并通过M2参数对光束质量作了评估。     

助航激光器设计

简单介绍了助航激光器的构成,谐振腔的设计思想及谐振腔采用变反镜非稳腔之后对激光光束质量的改进及对远场发散角的压缩。     

大功率垂直腔底发射半导体激光器的光束质量

从M2因子、远场发散角、近场及远场光强分布等方面对大功率底发射半导体激光器光束质量进行研究,分析了不同器件参数对光束质量的影响,为寻找有效改善光束质量的方法提供了依据。设计了一种具有新型排列方式的垂直腔面发射半导体激光(VCSEL)阵列。通过调制阵列中各单元直径以及单元间距,在4 A的工作电流下得到1 kW/cm2的高功率密度和高斯远场分布。与具有相同出光面积的单管器件和4×4二维阵列比较,新型阵列的光谱特性及光束质量均具有优越性。     

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。     

激光非均匀性和内光路热效应对远场特性的影响

高功率高能激光在光束控制系统(或称为内光路)中的传输距离比长程大气传输要短得多，但高功率密度的激光束在通过内光路时的热效应对远场光束质量会有显著影响。采用自编的四维仿真程序，详细计算了沿x方向呈线性变化的环状高功率激光束通过内光路的传输。用像散参数、桶中功率(PIB)和峰值光强位置描述了远场光束质量。研究表明，内光路的热效应(热晕)使得光束的峰值光强和可聚焦能力下降，降低了远场的光束质量，初始光束的非均匀性会影响光束的可聚焦能力并引起像散。值得指出的是，热晕是一种非线性效应，会影响光强分布和引起远场峰值光强位置的移动，对此给出了物理诠释，并用数值计算证实了物理分析。     

非傍轴双曲正弦高斯光束质量因子M2的研究

在标量光场角谱衍射理论的基础上,应用精确光强定义下的非傍轴标量光束的光强二阶矩理论,计算了非傍轴双曲正弦高斯光束的束腰半径、远场发散角、质量因子,并与傍轴双曲正弦高斯光束的质量因子进行了比较研究。数值计算表明,当双曲正弦高斯光束束腰半径较大时,传统光强定义下的光强二阶矩理论近似成立,傍轴与非傍轴理论计算的光束质量因子变化规律完全相同;束腰半径较小时,傍轴理论计算的结果有较大误差,必须采用精确光强定义下的非傍轴光束质量因子的定义作修正。     

腔内扰动对虚共焦腔模式的影响及Zernike像差拟合

为实现高功率或高能激光器输出良好的光束质量和能量,分析了腔内像差扰动对非稳腔模式的影响,采用数值迭代法理论计算了腔内倾斜扰动对无源虚共焦非稳腔输出模式强度和相位分布的影响,并采用Zernike模式法对光束相位进行了像差拟合分解,得到了前35阶像差系数,通过进一步计算得到点扩散函数和环围能量曲线等,从而全面了解输出光束质量.结果表明,对小菲涅耳数虚共焦型非稳腔,腔内倾斜扰动不仅带来输出光强分布的不均匀性,且对相位分布有明显的影响,使相位中的一些高阶Zernike像差如A3,A7和A10等增大.计算结果对研究高能激光器腔内像差校正有一定参考意义.     

Time resolved beam divergence from a copper vapor laser withunstable resonator

The temporal evolution of the far-field intensity distribution (and hence beam divergence) for the output of a CVL operating with both on-axis and off-axis unstable resonators is investigated in detail. The CVL output pulse consists of several temporally resolved components, where each successive component has lower divergence approaching the diffraction limit. A comprehensive model for the divergence of each temporal component from a CVL operating with a variety of unstable resonators is presented. In this model the resonator controls the output divergence by imposing geometric constraints on the propagation of spontaneous emission on repeated round-trips through the unstable resonator equivalent lensguide. Effects of resonator asymmetry and radial gain variations on the far-field intensity distribution (and hence divergence) are evaluated. Experimental measurements of the temporal evolution of output divergence from a CVL operating with both on-axis and off-axis unstable resonators and for a variety of excitation conditions are also presented. For CVL operation at high pulse repetition frequency the ASE at the start of the laser pulse has an annular profile. This annular gain distribution is found to modify the output far-field intensity distribution of the earlier temporal components of the laser pulse. For on-axis unstable resonators these components are found to have annular far-field intensity distributions, whereas for off-axis unstable resonators they have greatly reduced but anisotropic divergence     

放电泵浦XeCl准分子激光器虚共焦非稳腔性能的实验研究

在放电泵浦ＸｅＣｌ准分子激光器上，对放大率Ｍ从１．８０到２０．５６共十一种虚共焦非稳腔的光束水平、竖直方向发散角θ∥，θ⊥，能量Ｅ，近场光强Ｉｏｕｔ及远场功率密度ρ在不同泵浦速率下随Ｍ的变化关系进行系统的实验研究。     

An experimental study of unstable confocal CO2resonators

The results of an experimental study to determine the spatial properties of unstable confocal resonator modes and their influence upon both the fractional output coupling and the far-field angular divergence are presented. The radial intensity distributions of the lowest order circulating mode within CO2unstable resonators and the corresponding near- and far-field patterns have been measured. The radial profiles exhibit a significantly nonuniform intensity distribution consistent with the results of recent theoretical analysis. The far-field intensity distribution as well as the fractional output coupling have been investigated for a number of unstable confocal resonator geometries. For modes contained within the uniform-gain region of the laser tube, the experimental results are in excellent agreement with Siegman's unstable resonator analysis.     

UR90腔相干并束输出的实验研究

用多个UR90腔进行正向模耦合的方法来产生多束相干的激光 ,解决了反向模耦合中存在的失谐问题 ,可以大大提高系统的可靠性。并利用铜蒸气激光器实现了两台低放大倍率 (M =1 2 1)UR90腔的相干并束输出 ,对输出光束的远场方向性进行了测量分析。结果表明 ,和以前单台UR90腔相比 ,此方法对UR90腔的模控能力和输出光束的光束质量并没有明显影响 ,是一种简单而有效的耦合方式。     

矩形光束合成的建模与实验验证

光束合成是高功率固体激光器进一步发展的必由途径.板条的激光介质产生的矩形光束通过阵列合成能实现较高的近场光斑填充因子,有利于提高远场光束的能量集中度,从而获得更好的光束质量.根据激光器远场光束的测量方式,利用光束传输变换规律,建立矩形光斑双束合成的理论模型.通过数值模拟,在相干、非相干条件等典型情况下得到的子束合成不同...     

腔内像差扰动对正支共焦腔模式的影响及腔内像差校正

腔内像差扰动对激光器输出模式有显著的影响,直接带来输出光束质量和能量的下降。采用数值迭代法分析了正支共焦腔腔内倾斜扰动对耦合输出相位模式的影响,并采用泽尼克像差对波前相位进行了拟合,得到前35阶泽尼克系数、点扩展函数(PSF)和环围能量曲线,从而全面反映光束质量。并采用哈特曼-夏克(Hartmann-Shack,H-S)波前传感器进行了实验定量测定,用模式法进行了波前复原计算。针对腔内低阶像差校正问题进行了原理性实验研究,建立了控制腔内凸镜的像差校正系统。结果表明,控制系统对腔内准静态像差扰动闭环效果较好,输出光束前10阶泽尼克像差、波前畸变的峰值(PV)和均方根(RMS)值均得到明显减小。     

Effects of hard apertures on mode properties of resonators with gaussian reflectivity mirrors

The effects of hard apertures on the energy distribution, the far-field beam quality, the mode volume, and the discrimination against high-order modes in Cassegrain resonators with Gaussian reflectivity mirrors have been investigated both theoretically and experimentally. It has been shown that, in the far field, the fraction of energy in the secondary lobes remains small as long as the ratio of the design beam waist to the radius of the gain mediumw_{b}/ais <0.40. Forw_{b}/a > 0.7, deterioration of the beam quality and diffraction losses counterbalanced a more efficient filling of the gain medium to limit the resonator efficiency. At low magnifications, resonators with Gaussian mirrors out perform resonators with Standard mirrors.