高功率、高效率一直是激光器的發(fā)展方向之一,而在利用非線性晶體進(jìn)行激光諧波轉(zhuǎn)化過(guò)程中,非線性晶體的溫度梯度引起的相位失配是影響轉(zhuǎn)化效率的關(guān)鍵因素。本文主要對(duì)多種激光束通過(guò)非線性晶體引起的溫度場(chǎng)及其對(duì)諧波轉(zhuǎn)化效率的影響開(kāi)展模擬研究工作,在理論指導(dǎo)下進(jìn)行了初步激光倍頻實(shí)驗(yàn)。對(duì)高功率激光器的頻率變換設(shè)計(jì)具有一定指導(dǎo)意義。本文從高斯型激光束特性和高功率激光器光束特性和頻率變換原理和相關(guān)技術(shù)(倍頻、和頻、差頻和光參量放大)出發(fā),分析了激光頻率變換過(guò)程中晶體溫度梯度的相位匹配的影響。以多種激光束(圓形、橢圓高斯與超高斯,方形、長(zhǎng)方形超高斯)模型,通過(guò)有限元分析法對(duì)比了不同半徑下不同激光束通過(guò)LBO晶體變頻時(shí)的溫度場(chǎng)分布,計(jì)算了溫度梯度引起的相位失配對(duì)諧波轉(zhuǎn)化總效率的影響。結(jié)果顯示,長(zhǎng)方形超高斯光束通過(guò)晶體時(shí),晶體溫度分布較均勻,晶體溫度梯度最小;長(zhǎng)方形超高斯光束在進(jìn)行非線性頻率變換時(shí)溫度影響最小,橢圓光束通過(guò)晶體時(shí)引起的晶體中心溫升雖然較小,但光密度集中比圓形光束弱,與圓形光束相比變頻效率低。當(dāng)激光中心光強(qiáng)確定時(shí),高功率激光(對(duì)應(yīng)大直徑光束)非線性頻率變換時(shí),因在晶體內(nèi)產(chǎn)生大的溫差和溫度梯度,諧波轉(zhuǎn)... 

【文章來(lái)源】：湖北工業(yè)大學(xué)湖北省

【文章頁(yè)數(shù)】：67 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

高斯光束截面

9高斯光束是慢振幅近似下亥姆霍茲方程的特殊解，因此我們可以用高斯函數(shù)來(lái)表示基模激光束的分布特性。其中，用高斯函數(shù)描述的光束振幅分布特性的公式如下[41]：zrexpzEE2200（2-1）在z區(qū)域，其幅度根據(jù)高斯函數(shù)定律變化，如圖2.1所示。與光軸的距離r=ω(z)定義為光斑半徑，在該光斑半徑處，振幅下降到光束部分內(nèi)的最大值的1/e。圖2.1高斯光束截面ω(z)可表示為[42]：1202202zzz（2-2）由圖2.2中高斯光束傳播規(guī)律可知，當(dāng)傳輸距離z=0時(shí)，光束半徑達(dá)到最小值，此處便被稱為高斯光束的束腰位置，整體的光束傳播軌跡為一條雙曲線，且關(guān)于軸線對(duì)稱。另一方面，由于高斯光束橫截面是關(guān)于原點(diǎn)對(duì)稱的，因此我們將橫截面在1/e處形成的一個(gè)圓稱為光斑的半徑。沿著該點(diǎn)前進(jìn)，各處半徑的包絡(luò)是帶有漸近線的雙曲面（圖2.2）。高斯光束的傳輸特性是它沿傳播方向在特定距離內(nèi)沿角度擴(kuò)散，即光束的遠(yuǎn)場(chǎng)發(fā)散角，即一對(duì)漸近線的角度成正比與波長(zhǎng)成反比，且與腰斑半徑成反比[43]。圖2.2高斯光束傳播規(guī)律

11其光束光強(qiáng)分布圖如下。圖2.3高斯光束光強(qiáng)分布圖對(duì)于高斯光束，其光強(qiáng)分布特性主要由以上幾點(diǎn)：（1）當(dāng)光束沿著z軸傳播，則與光束傳輸方向相互呈90度的x與y面上的各處光強(qiáng)是相同的；（2）在坐標(biāo)軸z方向即光束傳輸方向，如果忽略空氣損耗，則激光束強(qiáng)度也是相同的；（3）當(dāng)光束沿著z軸傳播，則與光束傳輸方向相互呈90度的xy截面上的各處相位是相同的；由激光產(chǎn)生的原理可知：腔鏡邊緣出現(xiàn)衍射損耗的主要原因是激光束進(jìn)入諧振腔為達(dá)到輸出閾值來(lái)回振蕩引起的。所以在激光束傳輸方向的橫截面上，激光束光強(qiáng)中心最強(qiáng)，越靠近邊緣光強(qiáng)度越低，也由此我們將在穩(wěn)定腔傳輸?shù)母咚辜す馐Q為不均勻傳輸?shù)钠矫娌ā?.1.2高功率激光器光束特性穩(wěn)定腔和非穩(wěn)定腔是激光器腔體的兩大類別。對(duì)于穩(wěn)定腔而言，我們運(yùn)用共焦腔模分析理論來(lái)對(duì)穩(wěn)定腔進(jìn)行研究分析，經(jīng)過(guò)多年研究發(fā)現(xiàn)，一般情況下我們采用高斯函數(shù)來(lái)對(duì)穩(wěn)定腔在空間域上的傳輸形式進(jìn)行描述[48]。對(duì)于非穩(wěn)腔，腔體的損耗特別大，因?yàn)楫?dāng)光束在諧振腔內(nèi)來(lái)回振蕩達(dá)到閾值的過(guò)程中，一定會(huì)有一部分能量從側(cè)向逸出，所以我們也可以稱其為高損耗腔體。隨著對(duì)激光器輸出功率要求的提高，特別是高功率脈沖激光器，要求獲得盡可能大的模體積和好的橫模選擇能力穩(wěn)定腔很難滿足這些要求，非穩(wěn)腔在優(yōu)化的條件下可以實(shí)現(xiàn)，因此非穩(wěn)腔設(shè)計(jì)是高功率激光器發(fā)展的一種重要形式[49-51]。通常情況下，當(dāng)非穩(wěn)腔的激光器功率很高時(shí)，如果激光器有大菲涅耳數(shù)，諧

【參考文獻(xiàn)】：
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