大功率固体激光器谐振腔设计及光束参数的宽域热稳方法

本文讨论了大功率固体激光器谐振腔的设计原则,指出通常的厚透镜等效方法的局限性,从而给出用光束参数自洽方法设计谐振腔的理论。分析了类透镜介质腔光束参数的热动态特性,提出一种新的大功率宽域热稳腔。     

环形激光谱振腔的分析

本文采用光束传输矩阵方法和高斯光束的透镜变换方法导出了由一个,两个,三个和四个球面反射镜组成的环形激光谐振腔的稳定性判据,G参数表达式以及腔内高斯光束和球面波光束以谐振腔参数表示的解析式。     

激光谐振腔和光束传输的分析与设计

使用ABCD矩阵方法,考虑矩阵元素均为复数的情况,同时将光束质量因子M2和介质中的光束传输考虑在内,基于Visual Basic可视化编程语言,开发出通用的激光谐振腔和光束传输分析设计软件。该软件可分析设计稳定驻波腔、稳定行波腔、非稳驻波腔、非稳行波腔、相位共轭腔、光束传输变换等。使用该软件可以方便地任意增减元件,进行多种光学元件组合选取,分析倾斜放置元件引起的子午面和弧矢面内光束参数的异同,以及进行热透镜、距离容差等参数的优化分析与设计。谐振腔稳定条件、光束传输等参数可以通过数据表格、文本、图形显示或以文件的方式输出。     

带光阑球面激光腔高斯模式的矩阵方法分析

应用矩阵方法分析带光阑球面谐振腔的光束参数,得到了束腰和两镜上的高斯模,并由此对带光阑球面腔进行了讨论,提出了该谐振腔的实际意义。     

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。     

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     

激光谐振腔的最佳输出反射镜

为使激光输出光束的发散角减到最小,必须考虑输出反射镜的透镜效果。给出了对称和半对称谐振腔的最佳焦距和示出最小光束发散与腔参数的相互关系。     

具有阵列分布光束输出的TEA CO2激光器研究

通过对封离型外腔TEA CO2激光器谐振腔的腔元件参数的特殊选择,即选用两表面有夹角的未镀膜的Ge镜作为谐振腔的输出镜,得到阵列分布的激光束.绕腔轴旋转输出镜,在不同的角度可以得到不同的阵列输出光束.近场区域光斑尺寸内点阵数达7×16,光斑大小为26mm×17 mm,利用等厚干涉原理分析了这种光束的产生原因.     

基于非稳腔的非链式脉冲HF激光光束质量优化

采用正支虚共焦非稳腔对非链式脉冲HF激光谐振腔进行了优化,提高了激光光束质量。采用不同放大倍率和不同模体积直径,设计了5种不同参数的激光谐振腔。利用聚焦法测量了焦面远场光斑,采用衍射极限倍数法分析了激光光束质量变化规律,比较了不同腔参数激光脉冲能量的变化规律。实验结果表明,非稳腔放大倍率大于2.5倍情况下,可以得到约2.3倍衍射极限的激光输出。为了得到较好的实验结果,在实验所用的放电电极结构下,激光模体积直径控制在增益区截面直径的80%以内情况下得到的光束质量较好。     

基于腔内变换的空心激光光束

文中提出一种基于腔内变化的空心光束，运用矩阵本征值方法，对衍射光学元件构成的激光谐振腔进行理论分析和计算，通过调控衍射承数参数，获得空心光束。根据理论计算结果设计和定制出腔内衍射元件，并在固体激光器上实现了空心光束。     

激光束远场能量集中度的评价指标探讨

以常见的三种类型的激光束,即非稳腔产生的环形激光束、稳定腔产生的高斯光束以及多路高斯光束的相干合成光束作为研究和讨论的对象,针对涉及能量集中度的应用,分析了现有各种评价指标的优缺点和适用性,并对评价指标定义中若干关键问题进行了分析计算。结果表明,激光束的亮度或靶目标上光斑能量密度是评价激光系统效能发挥的重要评价参数,该评价指标不仅可以用于衡量同一激光系统的光束质量,也可以客观地评价不同激光系统间性能优劣。     

用于连续高功率YAG激光器的高斯镜稳定腔的设计

本文通过对高斯镜热透镜稳定腔(GRMSR)内光束特征的分析,提出了设计该类激光谐振腔的一般原则,并设计了平平腔型高斯镜稳定腔。实验结果与理论分析相符,并得到高输出功率、高光束质量的连续YAG激光输出。     

RF-MEMS谐振器和滤波器研究进展

介绍了基于梳状、梁式、圆盘三种结构的射频微机电系统( RF-MEMS)谐振器及滤波器,并对RF-MEMS谐振器及滤波器的结构与性能参数进行讨论;分析RF-MEMS谐振器及滤波器设计和制造中的有关问题及其处理方法;RF-MEMS谐振器及滤波器性能优异,能与其他器件实现片上集成,且与集成电路工艺兼容,在射频无线通信系统中的...     

非稳腔在铜蒸气激光器中的应用

近来,金属蒸气激光器,其中特别是铜蒸气激光器在医学研究和临床、高速照相和同位素分离应用中有很高的使用价值。这类激光器的增益高,反转寿命短,激光脉宽一般为20～30ns。 实验证明靠改变稳定腔参数来提高这类激光器输出的激光的方向性是困难的,需要考虑使用非稳定腔。 图1给出我们设计的望远镜或非稳腔示意图。     

Mode Competition During the Pulse Formation in Passively $Q$-switched Nd:YAG Lasers

We present a detailed theoretical and experimental study of the development of the EM field in pulsed, passively Q-switched solid-state lasers. We solve the rate equations separately for the gain medium and a passive Q-switch, thus accounting for the beam propagation and profile variations between them. Our model enables us to follow the pulse formation from a randomly generated seed EM field, thus monitoring the instantaneous beam pattern. The rate equations used include excited-state absorption in saturable absorber as well as the pumping term. The latter proves to be important when analyzing the beam profiles when passive Q-switching is used. In the case of stronger pumping, the formation of the second laser pulse is observed and shows mode structure characteristic of higher order Laguerre-Gaussian beams. Theoretical results are compared with experiment for three different types of laser resonators. Positive-branch unstable resonators with an ordinary and a super-Gaussian output mirror were studied in order to obtain top-hat beam profile. A plano-concave stable resonator was used as a reference. The calculated beam profiles and temporal developments are in good agreement with the experimental results which proves that the presented computational method can be used to predict the performance of other resonator designs.     

棱镜组压缩腔内光束的电光调Q Nd:YVO4 板条激光器

理论研究了棱镜组对非稳腔内激光光束的压缩.并在实际的非稳腔-稳腔混合腔板条电光调QNd:YVO4激光器内部加入棱镜组,在非稳腔方向上压缩腔内光束,从而有效减小电光晶体BBO所需的体积,同时仍然能保证在激光晶体上有较大的基模体积,满足大功率输出的要求.当连续泵浦为66 W的时候,得到重复频率2 kHz脉冲激光的平均功率为3.6 W,平均每个脉冲能量为1.8 mJ.脉冲宽度为6 ns.实验结果表明,在加入棱镜组后,激光光束仍能保证很好的光束质量,并能获得高重复频率、高强度的短脉冲.     

Determination of the thermal lens in solid-state lasers with stablecavities

A useful method to determine the thermal lens in a thermally loaded material inside a laser resonator under operation is presented. The laser beam emitted is focused with a lens placed exactly at the distance of its focal length behind the output mirror. For stable spherical resonators this focusing is not astigmatic even for an astigmatic cavity. This fact is used to experimentally determine the thermal lens including the beam quality factor (beam propagation factor) M² of the laser beam. Measurements are presented for an end-pumped rod and a longitudinally pumped slab laser serving as an example for an astigmatic cavity     

An intelligent method to design laser resonator with particle swarm optimization algorithm

In order to design a complex laser resonator with multi-parameters, the method of particle swarm optimization (PSO) algorithm is employed. The parameters influencing the resonator stability and mode size distribution are taken into consideration, and the stability criteria index and the mode size distribution are used as target values. The absolute values of the differences between practical and the target values are set as the fitness function for the PSO. By minimizing the fitness function, a laser resonator with the optimized cavity parameters can be found. The analyses for the design example demonstrate the feasibility and validity of the PSO method in the computer aided design of multi- parameters laser resonator. Applying PSO algorithm in the intelligent design of solid state laser resonators can realize the transition from manual trial-and-error to computer intelligent design of the laser resonators.     

圆对称非稳腔的光束发散度问题

本文研究了非稳腔激光束发散度与腔的放大倍数的关系,并提出了非稳腔设计的原则。