給出了離軸抽運固體激光器多模速率方程組在閾值附近的小信號求解方法,用這種方法研究了模式隨離軸量的變化以及厄米-高斯模的競爭行為.抽運光斑較小時,離軸量增加高階模式依次出現(xiàn);抽運光斑較大時,模式變化呈現(xiàn)復雜性.用小信號近似得到的模式光子數(shù)比例與較高抽運功率下數(shù)值求解速率方程組的結(jié)果接近,表明可以用該方法估算實際較高功率激光器的模式分布,這可以方便這類激光器的研究.對離軸抽運下的多厄米-高斯模激光器,閾值附近的模競爭體現(xiàn)為,隨著抽運功率的增加,第一個凈增益由負變正的模式,光子數(shù)隨即開始增加,增加趨勢接近線性.而第二個凈增益由負變正的模式,光子數(shù)并不立即開始增加,而要等到抽運功率進一步增加后才開始增加,其開始增加后第一個模式的增長趨勢變緩.從動態(tài)過程看,各個模式經(jīng)過交叉尖峰和交叉弛豫振蕩競爭后,逐漸達到穩(wěn)態(tài).實驗獲得了HG₀₀-HG₅₀模光束,實驗所得到的模式分布與理論計算結(jié)果符合很好. 

【文章來源】：物理學報. 2020,69(11)北大核心EISCICSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

端面離軸抽運固體激光器圖示

此時抽運光與振蕩光的有效交疊變小,若抽運功率繼續(xù)保持為0.25 W,計算發(fā)現(xiàn)離軸后各模式都不能達到閾值,因此將抽運功率設定為0.5 W進行計算.圖5是這種情況下,不同離軸量時的光斑.可以看出,在離軸量為0時,仍然只有HG00模輸出;當離軸量為0.05 mm時,為HG00模和HG10模的疊加輸出;而當離軸量為0.1 mm時,變?yōu)镠G00,HG10和HG20三個模式的疊加輸出;當離軸量增加到0.15 mm時,HG00模不再出現(xiàn),變?yōu)镠G10,HG20和HG30三個模式的疊加;當離軸量增加到0.175 mm時,HG20模消失,模式數(shù)目變少,成為HG10和HG30兩個模式的疊加;當離軸量繼續(xù)增加到0.2 mm時,模式數(shù)目增加到四個,成為HG10,HG20,HG30,HG40模的疊加;而當離軸量進一步增加到0.25 mm時,疊加的四個模式變?yōu)镠G20,HG30,HG40和HG50模.可見,當抽運光半徑與HG00模的半徑相等時,隨著離軸量的增加,總有多個模式參與振蕩,整體上呈現(xiàn)低階模被抑制、高階模參與振蕩的趨勢,但具體的演變過程又存在復雜性,并不是低級模消失、高階模出現(xiàn)這樣的簡單變化.圖5 抽運功率0.5 W、抽運光半徑0.15 mm時,8個離軸量下的光斑

圖4 凈增益隨抽運功率的變化(a)0.08 mm;(b)0.155 mm圖6是多個模式參與振蕩時,閾值附近各模式的光子數(shù)及光子數(shù)所占比例隨抽運功率的變化,為便于分析,圖7給出了模式的凈增益隨抽運功率的變化.圖6(a)和圖6(b)是離軸量為0.1 mm下,HG00,HG10和HG20模的光子數(shù)及其所占比例隨抽運功率的變化,結(jié)合圖7(a)所示這種情況下凈增益的變化可以看出,HG00模的凈增益最大,隨著抽運功率的增加,其最先由負變正,HG00模的光子數(shù)最先開始增加,在其他模式光子數(shù)增加前,其接近線性趨勢增大.當抽運功率增大到0.24 W時,HG10模的凈增益由負變正,但此時HG10模的光子數(shù)并未開始增加.當抽運功率增大到0.25 W時,HG20模的凈增益由負變正,但HG20模的光子數(shù)也并不開始增加.直至抽運功率增加到0.28 W時,HG10模的光子數(shù)才開始增加,到0.32 W時,HG20模的光子數(shù)才開始增加.隨著后面兩個模式的增加,HG00模的曲線出現(xiàn)拐點,增長趨勢變緩;當HG20模的光子數(shù)開始增加后,HG10模的增長趨勢也變緩.從三個模式光子數(shù)所占比例看,隨抽運功率的增加,各自所占比例逐漸趨于穩(wěn)定.

【參考文獻】：
期刊論文
[1]諧振腔內(nèi)的高質(zhì)量圓對稱艾里光束的產(chǎn)生方法[J]. 朱一帆,耿滔.  物理學報. 2020(01)
[2]矢量渦旋光束的模式連續(xù)可調(diào)生成技術(shù)[J]. 付時堯,高春清.  光學學報. 2019(01)
[3]利用衍射光柵探測渦旋光束軌道角動量態(tài)的研究進展[J]. 付時堯,高春清.  物理學報. 2018(03)
[4]利用非傳統(tǒng)螺旋相位調(diào)控高階渦旋光束的拓撲結(jié)構(gòu)[J]. 王亞東,甘雪濤,俱沛,龐燕,袁林光,趙建林.  物理學報. 2015(03)



本文編號：3222477