【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(duì)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(jià)值。本文主要對(duì)離軸正支共焦非穩(wěn)腔輸出光束質(zhì)量開(kāi)展了理論和實(shí)驗(yàn)研究工作。在綜述了非穩(wěn)腔相比穩(wěn)腔的優(yōu)點(diǎn)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(píng)價(jià)方法上以及理論與實(shí)驗(yàn)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(guò)Fox-Li迭代,對(duì)比了采用Collins公式和直接利用菲涅爾-基爾霍夫衍射公式計(jì)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(duì)Collins公式計(jì)算精度的影響并分析了原因。結(jié)果顯示,計(jì)算誤差主要集中在光軸附近,復(fù)振幅巨大的相位誤差導(dǎo)致模值大小、分布誤差。另一方面,計(jì)算精度會(huì)隨M的增加,N_(eq)的減小呈現(xiàn)跳變?cè)黾?階躍點(diǎn)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(yùn)用截?cái)喙馐鴱V義M~2因子來(lái)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(huì)隨M的減小,N_(eq)的增加呈現(xiàn)跳變?cè)黾?階躍點(diǎn)M與N_(eq)線性擬合關(guān)系為M=0.0094N_(eq)+0.9。并根據(jù)實(shí)驗(yàn)參數(shù),推導(dǎo)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(jì)了LD端面泵浦Nd:YAG固體板條激光器并進(jìn)行了光束質(zhì)量分析實(shí)驗(yàn)。通過(guò)將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,證明理論模擬與實(shí)驗(yàn)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(dǎo)性意義。本文所研究的腔參數(shù)對(duì)離軸正支共焦非穩(wěn)腔光束質(zhì)量的影響對(duì)大功率高光束質(zhì)量激光器的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)性的重要意義,為進(jìn)一步開(kāi)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(guò)圖 3.4（a）、（b）與圖 3.4（c）、（d，兩者的計(jì)算結(jié)果在 M 為 1.1 時(shí)差別較大，但當(dāng) M 取 1.6 時(shí)，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(dǎo)致了源場(chǎng)相干疊加的不同，，將輸出平面上場(chǎng)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(dāng) M=1.1 時(shí)，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(huì)幅模值在光軸附近計(jì)算誤差較大是相位誤差造成。方面，從幾何光學(xué)的角度而言，共焦非穩(wěn)腔可以等效為一個(gè)望遠(yuǎn)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(zhǔn)平面波”。但當(dāng) M 取值較小，而3.5（b）），光學(xué)系統(tǒng)的球差增加導(dǎo)致光軸附近相位呈現(xiàn)“發(fā)散”波
【學(xué)位授予單位】：湖北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN248

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2668468