光波在含特异材料的环形腔内的传输特性

基于光线传输矩阵理论,研究了含特异材料环形腔内光波光斑半径和相对光强的分布特性.结果表明:以负折射率材料内部作为起始位置,光波传输一周后,子午面和弧矢面光斑半径均较大,中心光强较弱.当光波离开负材料后,光斑半径迅速减小,由于凹面镜的影响,在其表面又达到极大值,但较负材料内部光斑半径小很多.当光波传输起始点远离凹面镜后,光斑半径依次减小,在两平面镜中心达到最小值,此时中心光强最大.在此基础上,分析了负材料长度和介质折射率对光波束腰半径的影响.研究发现,介质长度对环形腔内子午面和弧矢面的束腰半径影响较小,但介质折射率对负材料内部束腰半径的影响较大.     

热效应对三向侧面泵浦DPL中TEM00模输出功率的影响

以三向侧面泵浦时晶体内泵浦光强分布为基础 ,数值计算了三向侧面泵浦DPL中热效应引起的热致衍射损耗随泵浦功率、腔模束腰半径和泵浦光束腰半径的变化规律。进一步讨论了热效应存在时的泵浦功率、腔模束腰半径和泵浦光束腰半径对TEM0 0 模输出功率的影响。从计算结果看出 ,热致衍射损耗使输出功率明显降低。泵浦功率、腔膜束腰半径和泵浦光束腰半径对输出功率都有不同程度的影响。文中还用小孔光阑选TEM0 0 模 ,进行了输出功率随泵浦功率变化的实验 ,实验结果与数值计算结果非常接近。     

具有两个瑞利长度三镜折叠腔的设计

为了提高倍频效率、分析倍频晶体内束腰位置对倍频效率的影响,根据基模高斯光束传输特性,结合稳定三镜折叠腔中端镜处等相位面曲率半径与腔镜曲率半径相等这一特点,在激光光束传输的合适位置上,放入与等相位面曲率半径相同的腔镜,构成倍频晶体内具有两个瑞利长度的三镜折叠腔,提高了倍频效率。对比了相同端镜构成的具有一个瑞利长度和两个瑞利长度谐振腔,相对于分臂长度变化的稳区范围。结果表明,使用5W光纤耦合880nm激光二极管,端面抽运3mm×3mm×5mm的Nd:YVO₄,采用10mm×2.1mm×0.5mm的PPMgOLN为倍频晶体,使用具有两个瑞利长度的谐振腔比具有一个瑞利长度的谐振腔,整体提高倍频效率约18%,两种腔型的光束质量相同,倍频光与基频光偏振方向一致,输出稳定的低噪声绿光,验证了谐振腔设计的有效性。该研究对腔内倍频效率的提高是有帮助的。     

脉冲激光二极管端面抽运全固态激光器热效应瞬态过程

从圆柱状晶体热传导方程出发,采用有限元方法,对脉冲激光二极管(LD)端面抽运Nd∶YAG激光器中激光晶体的瞬态温度场分布进行了计算.对单脉冲过程中,晶体升温和降温时端面温度的分布情况进行了计算;分析了束腰位置和束腰半径对单脉冲过程的影响,以及晶体热弛豫时间的影响因素;根据光线追迹理论,分析了激光晶体内温度分布达到动态平衡后,由温度梯度引起的中心与边缘相对光程差时变特性.结果表明,当束腰位于晶体抽运端面时,增大束腰半径晶体端面温度降低;当不改变束腰半径并且后移束腰位置时,晶体端面温度降低;增大冷却液对流换热系数或者空气流速、降低空气温度以及减小晶体半径都可不同程度地缩短热弛豫时间;当晶体温度分布达到动态平衡后,晶体内各点温度呈周期性变化;由晶体径向温度梯度引起的相对光程差(OPD)也随时间作周期性变化.     

弱湍流大气中部分相干涡旋光束的轨道角动量特性

根据轨道角动量谱理论,推导了部分相干拉盖尔-高斯光束轨道角动量态的功率表达式。分析了相干长度、束宽对轨道角动量的影响,讨论了弱湍流大气中部分相干-拉盖尔高斯光束轨道角动量特性。结果表明:部分相干拉盖尔-高斯光束在相干长度与束腰半径比值固定的情况下,其初始轨道角动量态相对功率不会随着束腰半径的改变而变化。在部分相干拉盖尔-高斯光束初始相干长度与束腰半径取值大小相同的情况下,随着束腰半径的增大,光束在弱湍流大气中传输1 km处的初始轨道角动量态相对功率减小。     

湍流大气中聚焦高斯光束焦移的数值模拟分析

湍流大气不仅使在其中传输的聚焦高斯光束的束腰处光斑发生扩展,也使光束的束腰位置发生移动。采用不均匀分布相屏的傅立叶变换法数值模拟了湍流对聚焦高斯光束束腰位置的影响,发现在湍流大气中传输的聚焦光束不再聚焦在真空传输的焦点处,焦点的移动与湍流强度和初始光束半径有关。数值模拟结果表明：聚焦高斯在均匀湍流强度的水平路径传输上传输时,湍流将导致光束的焦点向发射点移动,而且焦移的幅度随着湍流强度的增大而增大;在同等强度湍流大气中传输的聚焦高斯光束,其焦点前移的幅度将随着光束半径的增大而减小。     

湍流大气中聚焦高斯光束焦移的数值模拟分析

湍流大气不仅使在其中传输的聚焦高斯光束的束腰处光斑发生扩展,也使光束的束腰位置发生移动。采用不均匀分布相屏的傅立叶变换法数值模拟了湍流对聚焦高斯光束束腰位置的影响,发现在湍流大气中传输的聚焦光束不再聚焦在真空传输的焦点处,焦点的移动与湍流强度和初始光束半径有关。数值模拟结果表明:聚焦高斯束在均匀湍流强度的水平路径传输上传输时,湍流将导致光束的焦点向发射点移动,而且焦移的幅度随着湍流强度的增大而增大;在同等强度湍流大气中传输的聚焦高斯光束,其焦点前移的幅度将随着光束半径的增大而减小。     

反常涡旋光束锥形折射特性分析

为了分析反常涡旋光束的锥形折射,利用锥形折射衍射理论,给出了反常涡旋光束通过双轴晶体光场的表达式。通过数值模拟,分析了锥形折射的环半径和光束束腰半径的比值、光束阶数、拓扑荷数和传播距离等参数对传输特性的影响。结果表明:当锥形折射的环半径远大于光束束腰半径时,在焦像面处,反常涡旋光束的锥形折射光场与高斯光束的双环结构不同,其光场是多环结构;随着拓扑荷数的增加,在焦像面处的亮环数也会增加;光场进一步传输时,光场从多环结构转换成双环结构,且内外环结构特征也会发生变化。     

聚合物微环谐振滤波器特性的研究

利用耦合模理论,计算了聚合物微环谐振滤波器的通路和下话路的传输函数,分析了耦合系数和损耗对传输函数的影响,并推导出了谐振滤波器的谐振波长、自由光谱范围、腔的品质因子、半峰全宽和精细度等特性参数,分析了不同的滤波器结构参数(如环形半径和有效折射率)对滤波特性的影响.     

环形腔内光束的传输特性

本文以四面镜8字形稳定环形腔为代表,利用传输矩阵法、等效厚透镜法和腰斑处为参考面展开等三种方法,对环形腔内光束的传输特性作了详细的计算和分析,并与驻波腔的结果进行了比较。对象散的影响亦作了讨论。     

Mode structure of active resonators

An analysis is made of the mode structure of lasers when the interaction with the active medium is taken into account. We consider the combined effect of gain and refractive-index variations for arbitrary mirror configurations. Using a dimensionless round-trip matrix for a medium with a quadratic variation of the propagation constant with distance from the optic axis, dimensionless beam parameters are derived in terms of cavity and medium parameters. Beam waist and radius of curvature are obtained explicitly as a function of a dimensionless parameter containing the variation of propagation constant, wavelength, and cavity length. The spot size depends only on the absolute value of the gain variation, whereas the deviation of the radius of curvature of the beam from the mirror curvature changes sign when the sign of the gain variation is reversed. As long as radial gain variations are present stable oscillations can always be obtained for any set of curved and/or flat mirrors. For large gain variations the spot size and radius of curvature of the outcoming beam become independent of mirror curvatures.     

射频自由电子激光腔的实用设计

给出10μm射频自由电子激光谐振腔的实用设计。按高斯光束分布计算出给定腔长的反射镜曲率半径、光腰及镜面处光斑尺寸等参量。解决了细长波导中辐射和电子束的空间匹配问题,并讨论了时间同步问题。     

Defining the effective radius of curvature for a nonideal opticalbeam

A simple expression is given for evaluating the effective or average radius of curvature R(z) of an arbitrarily wrinkled, distorted, or nondiffraction-limited optical beam. This real-beam radius of curvature obeys the same free-space propagation equation as does the wavefront curvature of an ideal Gaussian beam. Extracting this correctable curvature from the beam at any plane simultaneously collimates the beam, makes that location a waist for the real beam, and minimizes the far-field beam divergence starting from that position     

纳米激光器测尺中猫眼腔的优化设计

由双面增透的凸透镜和凹面全反镜组成的猫眼逆反器（CER），替代传统平凹腔中的平面腔镜可构成一具有较佳失调特性的猫眼腔（CEC）。根据腔中稳定振荡高斯光束的自再现特性，对腔内各处的q参量进行分析，证明了束腰刚好处于猫眼腔中凸透镜的位置，因此猫眼系统可用几何光学成像公式进行设计。但因光学加工或装配等误差，传统的光腔参量选择的经验公式不再适用，所以还利用了光线追迹和空间衍射计算方法对光腔参量的最佳选择进行分析。分析表明在其他参量不变的情况下，增加凹面输出镜曲率半径可较好地改善激光横场模式。最后对分析进行了实验验证。     

材料表面形貌对激光冲击强化残余应力的影响

建立材料表面为凹面、凸面和平面的三种有限元模型,研究材料表面形貌对激光冲击强化Ti6Al4V钛合金残余应力的影响。当材料表面曲率半径大于光斑半径时,相对于材料表面为平面的工况,凹面表层产生的残余压应力偏大,并随着凹面曲率半径的减小而增大;凸面表层产生的残余压应力偏小,并随着凸面曲率半径的减小而减小。当材料表面曲率半径小于光斑半径时,凹面或凸面模型的激光冲击强化的残余压应力均不及于材料表面为平面的工况。     

新型大焦斑钛宝石激光放大器腔型的设计与实验研究

为了克服放大自发辐射在飞秒激光放大器中对放大脉冲的影响，将增益介质掺钛蓝宝石晶体从腔内束腰位置处移至腔内光斑最大处是一个有效的办法。设计并实验了此种新型大焦斑直线形折叠腔。计算了腔内的光斑尺寸与腔结构参数的关系，得出了腔内光斑尺寸分部图,系统实验了输出功率与腔结构参数：曲面镜半径,输出耦合镜透射率，腔长等的关系，并进行了理论验证。本文为进一步将其做成新型、高效、低噪声再生放大器提供了必要的依据。