【摘要】：大功率一直是激光器的發(fā)展方向之一,但輸出功率的變化對光束質(zhì)量影響很大,非穩(wěn)腔作為能夠?qū)崿F(xiàn)大功率高光束質(zhì)量激光器的腔型,有著重大的研究意義和應(yīng)用價值。本文主要對離軸正支共焦非穩(wěn)腔輸出光束質(zhì)量開展了理論和實驗研究工作。在綜述了非穩(wěn)腔相比穩(wěn)腔的優(yōu)點與非穩(wěn)腔在激光器中的應(yīng)用的基礎(chǔ)上,介紹了非穩(wěn)腔輸出光束質(zhì)量的研究現(xiàn)狀,包括光束質(zhì)量評價方法上以及理論與實驗相結(jié)合的研究。然后從衍射理論出發(fā),介紹了激光諧振腔相關(guān)的理論。以離軸正支共焦非穩(wěn)腔為模型,通過Fox-Li迭代,對比了采用Collins公式和直接利用菲涅爾-基爾霍夫衍射公式計算的輸出模式,數(shù)值研究了幾何放大率M和有效菲涅爾數(shù)N_(eq)對Collins公式計算精度的影響并分析了原因。結(jié)果顯示,計算誤差主要集中在光軸附近,復(fù)振幅巨大的相位誤差導致模值大小、分布誤差。另一方面,計算精度會隨M的增加,N_(eq)的減小呈現(xiàn)跳變增加,階躍點N_(eq)與M線性擬合關(guān)系為N_(eq)=133.2M-119.46,即Collins公式在菲涅爾數(shù)為266以內(nèi)是有效的。運用截斷光束廣義M~2因子來描述光束質(zhì)量,數(shù)值研究了離軸正支共焦非穩(wěn)腔光束質(zhì)量與幾何放大率M和有效菲涅爾數(shù)N_(eq)的關(guān)系。結(jié)果顯示,輸出光束廣義M~2因子會隨M的減小,N_(eq)的增加呈現(xiàn)跳變增加,階躍點M與N_(eq)線性擬合關(guān)系為M=0.0094N_(eq)+0.9。并根據(jù)實驗參數(shù),推導出在保證輸出光束質(zhì)量的前提下,輸出鏡寬度a的最大值a_(max)≈(0.1132(R_1+R_2))~(1/2)mm。設(shè)計了LD端面泵浦Nd:YAG固體板條激光器并進行了光束質(zhì)量分析實驗。通過將實驗結(jié)果與模擬結(jié)果進行對比分析,證明理論模擬與實驗研究結(jié)果基本吻合。表明了在保證光束質(zhì)量的前提下,輸出鏡寬度最大值a_(max)的指導性意義。本文所研究的腔參數(shù)對離軸正支共焦非穩(wěn)腔光束質(zhì)量的影響對大功率高光束質(zhì)量激光器的設(shè)計具有指導性的重要意義,為進一步開展板條激光器的應(yīng)用創(chuàng)造了良好的條件。
【圖文】：

Neq=80.6圖 3.4 輸出平面歸一化振幅分布 3.4 所示，由于硬邊衍射的緣故，輸出模式含有較多“高空間頻呈現(xiàn)出“振蕩”的特性。通過圖 3.4（a）、（b）與圖 3.4（c）、（d，兩者的計算結(jié)果在 M 為 1.1 時差別較大，但當 M 取 1.6 時，復(fù)振幅模值曲線趨于接近。方面，從圖 3.4（a）、（b）可以看出，誤差主要體現(xiàn)在光軸附近峰值的大小不同，該差異隨著離光軸距離的增加而減小，另一方的位置不同，如圖 3.4（a）中，Collins 公式的分布模式上，離 x ≈ 0.12處，而另一條分布模式上，在 x ≈ 0.2處。圖 3.4（a）、（位主要是由于程函中相位的差異導致了源場相干疊加的不同，，將輸出平面上場的相位繪制在圖 3.5 中。

18（d）M=1.6,Neq=80.6圖 3.5 輸出平面相位分布圖 3.5（a）、（b）與圖 3.5（c）、（d），當 M=1.1 時，相位差在光，并隨 x 的增大而趨于穩(wěn)定，這也就證明了歸一化振幅峰值會幅模值在光軸附近計算誤差較大是相位誤差造成。方面，從幾何光學的角度而言，共焦非穩(wěn)腔可以等效為一個望遠平面上的相位分布應(yīng)該是常數(shù)，即“平面波”，硬邊衍射的作用體呈現(xiàn)“高空間頻率”振蕩，而兩端的分布呈現(xiàn)較大的起伏，如圖示。但整體而言，可以看作“準平面波”。但當 M 取值較小，而3.5（b）），光學系統(tǒng)的球差增加導致光軸附近相位呈現(xiàn)“發(fā)散”波
【學位授予單位】：湖北工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN248

【參考文獻】

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本文編號：2668468