【摘要】：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段的不斷進(jìn)步,光輻射壓力的研究已逐漸受到廣泛重視,如微觀領(lǐng)域的激光冷卻、光捕陷、光操縱和光推動等的研究,以及宏觀領(lǐng)域的激光誘導(dǎo)機械運動、以及航天領(lǐng)域的太陽帆飛船等領(lǐng)域的研究,都出現(xiàn)了光輻射壓力的身影。但是目前光輻射壓力的測量手段依舊十分有限,因此需要通過更加簡便精確地測量才能使其更充分地為人類所利用。本文詳細(xì)介紹了目前各種類型的大功率激光器,并給出了目前廣泛應(yīng)用的半導(dǎo)體激光器、光纖激光器、全固態(tài)激光器、半導(dǎo)體泵浦堿金屬蒸氣激光器的發(fā)展歷史和出射功率。結(jié)合實驗要求選擇了額定輸出功率為50W的固體激光器,并為了防止過高的激光能量產(chǎn)生大量的熱燒蝕被照射物,對初始出射的高斯光束進(jìn)行勻化擴束,使經(jīng)過整形后的光束能量分布均勻平行出射。本文選擇非球面透鏡組對高斯光束進(jìn)行整形,這種方法結(jié)構(gòu)簡單、加工方便并且具有光軸對稱性。通過分析非球面整形原理以及平頂光束的傳輸特點和影響平頂光束光強分布的相關(guān)參數(shù),確定了輸出光束的函數(shù)表達(dá)式,再根據(jù)能量守恒定律、等光程條件和斯涅耳折射定律可以通過幾何方法得出兩個非球面的面型解析式,最終確定面型參數(shù),將計算得到的非球面數(shù)據(jù)擬合為適應(yīng)ZEMAX特殊形式的非球面表達(dá)式。整個整形系統(tǒng)設(shè)計可以利用ZEMAX中的優(yōu)化操作數(shù)“REAY”更有效率地進(jìn)行分布設(shè)計,借助光學(xué)設(shè)計軟件ZEMAX的編程語言編寫ZPL宏指令,自動優(yōu)化光束整形系統(tǒng),最終得到一套大擴束比、結(jié)構(gòu)緊湊的光束整形系統(tǒng)。將整形后的激光光束照射圓形和方形反射片,鋁片表面粗糙度Ra小于5nm,并且表面鍍以高反膜。實驗結(jié)果表明,光輻射壓力對鋁片造成的形變量與其厚度呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)作用。并通過進(jìn)一步分析證明被照射鋁片的負(fù)向形變是光壓作用,而正向形變則是受支座PLA材料的影響,從而成功測得光壓力的存在。
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH744.5
【圖文】：

第 2 章 大功率激光器的選擇法問世，但其對泵浦的半導(dǎo)體激光模式有較高要求，導(dǎo)致單模摻鉺光纖放大器僅能輸出幾百毫瓦的激光，無法滿足大功率應(yīng)用需求。1988 年，采用包層作為光泵浦的媒介這一設(shè)想被提出。早期的設(shè)計是將內(nèi)包層設(shè)計為圓形, 但對稱的圓形內(nèi)包層會產(chǎn)生不經(jīng)過纖芯的螺旋光，較低的纖芯利用率也影響著泵浦效率，之后通過對內(nèi)包層形狀的逐步改變，方形、矩形、D 形以及梅花形紛紛應(yīng)運而生。激光器的轉(zhuǎn)換效率也隨之水漲船高。特別是雙包層光纖的問世，使得光纖激光器的功率得到了快速的發(fā)展，光纖激光器的發(fā)展進(jìn)入了快車道。

圖 2-1 大功率光纖激光器結(jié)構(gòu)原理圖雙包層光纖結(jié)構(gòu)特殊，和常規(guī)光纖相比，多了一個包裹纖芯的內(nèi)包層用于，如圖 2-2 所示。設(shè)計時選擇纖芯的折射率大于內(nèi)包層，進(jìn)入內(nèi)包層的泵浦會以全反射形式多次穿越纖芯，可保證激光始終在纖芯中振蕩，從而輸出的模式好，質(zhì)量高，并伴隨很高的轉(zhuǎn)換效率[40]，一般摻鐿的光纖轉(zhuǎn)化效率可%。作為大功率光纖激光器中不可或缺的組成部分，雙包層光纖激光器的轉(zhuǎn)率受內(nèi)包層的橫截面積、形狀以及數(shù)值孔徑影響很大。其中在內(nèi)包層的諸多中，對稱性最高的圓形是轉(zhuǎn)化效率最低的，而在目前其他內(nèi)包層結(jié)構(gòu)中，在泵浦效率和光纖制備的情況下，梅花形、D 形結(jié)構(gòu)應(yīng)用最為廣泛。

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2716667