本文關(guān)鍵詞：非穩(wěn)腔薄片激光器腔內(nèi)像差分析及校正技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：激光增益介質(zhì)在熱加載時產(chǎn)生的波前面型畸變,會降低激光器的輸出功率和輸出光束質(zhì)量,是制約固體激光器發(fā)展的原因之一。采用自適應像差校正技術(shù),則是解決固體激光器熱畸變問題,實現(xiàn)高功率、高光束質(zhì)量激光輸出的有效手段。本文以高功率多片串接非穩(wěn)腔薄片激光器為研究對象,對大口徑Nd:YAG薄片增益介質(zhì)中存在的波前畸變對非穩(wěn)腔輸出光束的影響,以及腔內(nèi)像差校正問題進行了研究,并完成了激光器腔內(nèi)像差閉環(huán)校正實驗。本文開展了非穩(wěn)腔像差特性及其對激光輸出特性的影響研究,實驗測量了薄片增益介質(zhì)熱致波前畸變。實驗發(fā)現(xiàn)薄片增益介質(zhì)均含有較大的傾斜像差和離焦量。利用快速傅里葉變換方法(FFT)建立了數(shù)值模型,理論分析了薄片增益介質(zhì)的波前畸變,對非穩(wěn)腔激光器輸出激光的影響。模擬計算結(jié)果表明,薄片增益介質(zhì)波前畸變中的傾斜像差與離焦像差都將使非穩(wěn)腔輸出功率嚴重降低,甚至導致無法出光,離焦和高階像差還會使輸出光束質(zhì)量嚴重惡化。針對薄片激光器這樣的腔內(nèi)像差特性,本文提出了適合于高功率多片串接非穩(wěn)腔薄片激光器的像差校正策略：首先對傾斜像差和離焦像差進行閉環(huán)校正,再對高階像差進行腔內(nèi)閉環(huán)校正。傾斜像差在非穩(wěn)腔中,不僅會帶來光軸的傾斜還會引起光瞳的偏移,光瞳偏移的振蕩光束會被帶有曲率的腔鏡反射因而引入新的傾斜。常見的主動傾斜校正方法是基于單程測量波面傾斜信息,這種方法需使用雙折鏡關(guān)聯(lián)校正,其控制算法復雜,難于實現(xiàn)。本文提出了基于往返探測光校正腔內(nèi)傾斜的方法,最少只需加入一個折鏡,便可同時校正光軸傾斜與光瞳偏移,設計靈活,調(diào)試方便,通用性及普適性很強。本文開展了七片串接非穩(wěn)腔薄片激光器傾斜像差校正實驗研究,在開環(huán)狀態(tài)下,激光輸出功率在80s時間內(nèi)輸出功率下降31.58%,并且仍未保持穩(wěn)定；使用該校正方法對激光器進行閉環(huán)像差校正,激光器可維持原功率穩(wěn)定工作,實驗驗證了校正方法的有效性。正支共焦非穩(wěn)腔中,振蕩光束在腔內(nèi)以不同口徑通過腔內(nèi)的像差元件時,會改變振蕩激光波面且偏折其傳輸方向,常用于腔外像差校正的共軛反向校正方法不能完善描述這種像差演化效應,無法確表述振蕩激光累計的像差。本文提出了一種以導入腔內(nèi)的準直光束作為參考,基于松弛迭代逐次逼近校正腔內(nèi)像差的方法,解決了非穩(wěn)腔內(nèi)非共軛分布像差復雜演化難于主動校正的問題。所用往返探測裝置結(jié)構(gòu)簡單,插入損耗小,且無偏振選擇性。本文開展了七片串接非穩(wěn)腔薄片激光器高階像差校正實驗研究,使用變形鏡對腔內(nèi)高階像差進行閉環(huán)校正。校正后,激光器可保持穩(wěn)定工作,激光輸出功率提升了24%,輸出光束質(zhì)量由β=25.24降低至β=6.58。實驗結(jié)果驗證了這種校正方式可明顯提升具有腔內(nèi)像差的非穩(wěn)腔輸出激光光束質(zhì)量。
【關(guān)鍵詞】：Nd:YAG 薄片激光器 非穩(wěn)腔 FFT方法 像差校正
【學位授予單位】：中國工程物理研究院
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TN248
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-18
• 1.1 概述9
• 1.2 薄片激光器概述9-11
• 1.2.1 薄片激光器基本理論9-10
• 1.2.2 多片串接非穩(wěn)腔薄片激光器10-11
• 1.3 激光器像差校正技術(shù)11-15
• 1.3.1 自適應像差校正技術(shù)概述11-12
• 1.3.2 腔外自適應像差校正技術(shù)12
• 1.3.3 腔內(nèi)自適應像差校正技術(shù)12-13
• 1.3.4 Zernike模式函數(shù)序列13-15
• 1.4 國內(nèi)外研究狀況15-17
• 1.5 本文的研究思路與主要內(nèi)容17-18
• 第二章 多片串接非穩(wěn)腔薄片激光器數(shù)值模擬18-30
• 2.1 正支共焦非穩(wěn)腔的基本特性18-21
• 2.1.1 共焦非穩(wěn)腔基本理論18-19
• 2.1.2 正支共焦非穩(wěn)腔光學分析19
• 2.1.3 光束質(zhì)量評價方法選擇19-21
• 2.2 非穩(wěn)腔的數(shù)值模擬21-29
• 2.2.1 角譜理論21-22
• 2.2.2 FFT方法基本原理22-25
• 2.2.3 有源非穩(wěn)腔模式求解25-29
• 2.3 本章小結(jié)29-30
• 第三章 非穩(wěn)腔內(nèi)像差特性及激光輸出特性研究30-43
• 3.1 薄片增益介質(zhì)波前畸變研究30-37
• 3.1.1 薄片增益介質(zhì)波前畸變特點30
• 3.1.2 薄片增益介質(zhì)波前畸變測量實驗方案30-31
• 3.1.3 薄片增益介質(zhì)傾斜像差測量及分析31-33
• 3.1.4 薄片增益介質(zhì)波前畸變測量及分析33-37
• 3.2 腔內(nèi)像差對非穩(wěn)腔的影響37-42
• 3.2.1 傾斜像差對非穩(wěn)腔的影響37-38
• 3.2.2 離焦像差對非穩(wěn)腔的影響38-40
• 3.2.3 高階像差對非穩(wěn)腔的影響40-42
• 3.3 本章小結(jié)42-43
• 第四章 非穩(wěn)腔腔內(nèi)像差校正研究43-62
• 4.1 非穩(wěn)腔內(nèi)傾斜像差校正研究43-48
• 4.1.1 基于往返探測校正腔內(nèi)傾斜原理43-45
• 4.1.2 腔內(nèi)傾斜校正方法的數(shù)值模擬45-48
• 4.2 非穩(wěn)腔內(nèi)像差非共軛校正研究48-56
• 4.2.1 非穩(wěn)腔腔內(nèi)像差演化48-49
• 4.2.2 非穩(wěn)腔內(nèi)像差非共軛校正研究49-52
• 4.2.3 腔內(nèi)高階像差校正方法的數(shù)值模擬52-56
• 4.3 非穩(wěn)腔腔內(nèi)像差校正實驗研究56-60
• 4.3.1 非穩(wěn)腔內(nèi)像差校正實驗方案56-57
• 4.3.2 非穩(wěn)腔內(nèi)傾斜、離焦像差校正實驗研究57-58
• 4.3.3 非穩(wěn)腔內(nèi)高階像差校正實驗研究58-60
• 4.4 本章小結(jié)60-62
• 第五章 總結(jié)62-64
• 5.1 本文工作總結(jié)62-63
• 5.2 創(chuàng)新點說明63-64
• 致謝64-65
• 參考文獻65-67
• 在讀期間學術(shù)成果67

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  本文關(guān)鍵詞：非穩(wěn)腔薄片激光器腔內(nèi)像差分析及校正技術(shù)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：259941