留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

高光束质量高斯非稳腔固体激光器研究

岱钦 张善春 杨帆 宁日波 李业秋 乌日娜

岱钦, 张善春, 杨帆, 宁日波, 李业秋, 乌日娜. 高光束质量高斯非稳腔固体激光器研究[J]. 中国光学, 2019, 12(3): 559-566. doi: 10.3788/CO.20191203.0559
引用本文: 岱钦, 张善春, 杨帆, 宁日波, 李业秋, 乌日娜. 高光束质量高斯非稳腔固体激光器研究[J]. 中国光学, 2019, 12(3): 559-566. doi: 10.3788/CO.20191203.0559
DAI Qin, ZHANG Shan-chun, YANG Fan, NING Ri-bo, LI Ye-qiu, WU Ri-na. Research on the high beam quality of Gaussian unstable resonators in solid state lasers[J]. Chinese Optics, 2019, 12(3): 559-566. doi: 10.3788/CO.20191203.0559
Citation: DAI Qin, ZHANG Shan-chun, YANG Fan, NING Ri-bo, LI Ye-qiu, WU Ri-na. Research on the high beam quality of Gaussian unstable resonators in solid state lasers[J]. Chinese Optics, 2019, 12(3): 559-566. doi: 10.3788/CO.20191203.0559

高光束质量高斯非稳腔固体激光器研究

doi: 10.3788/CO.20191203.0559
基金项目: 

国家自然科学基金 61705145

辽宁省高等学校创新人才支持计划 LR2016079

辽宁省自然基金 201602649

沈阳市科技计划项目 17-33-6-00

详细信息
    作者简介:

    岱钦(1977-), 男, 内蒙古通辽人, 博士, 教授, 主要从事固体激光技术方面的研究。E-mail:daiqin2003@126.com

    张善春(1994—), 男,辽宁朝阳人,硕士研究生,主要从事大功率固体激光器研究。E-mail:1436111051@qq.com

  • 中图分类号: TN248.1

Research on the high beam quality of Gaussian unstable resonators in solid state lasers

Funds: 

National Natural Science Foundation of China 61705145

Support Program for Innovative Talents in Liaoning Province LR2016079

Natural Science Foundation of Liaoning Province of China 201602649

Shenyang Science and Technology Plan Project 17-33-6-00

More Information
  • 摘要: 为了获得高光束质量的脉冲固体激光输出,研究了高斯非稳腔固体激光器的模式分布。运用边界有限元法将谐振腔内光场衍射积分方程转化成矩阵方程组,模拟分析了平凸高斯非稳腔内光阑位置、孔径大小以及高斯镜参数对输出光束模式的影响。基于理论模拟结果对激光器结构参数进行了优化,分别测量了腔内不同光阑位置和孔径下的激光器输出光束振幅及模式分布情况。在光阑半径为1 mm、光阑距高斯镜为150 mm、泵浦电压为900 V的实验条件下,光束质量Mx2=1.9、My2=2.3,激光最大输出能量为280 mJ的高光束质量激光输出。实验结果表明,在腔内加入选模光阑以及优化高斯镜参数可以进一步改善腔内模式分布,获得高光束质量激光输出,这与理论模拟结果基本相符。
  • 图  1  平凸高斯腔结构示意图

    Figure  1.  Diagram of plane-convex Gaussian cavity

    图  2  不同位置光阑处输出光束振幅分布图

    Figure  2.  Distributions of output beam amplitude at different positions

    图  3  不同位置光阑处输出光束模式分布

    Figure  3.  Distributions of output beam pattern at different positions

    图  4  不同膜斑半径处输出光束振幅分布图

    Figure  4.  Distributions of output beam amplitude at different membrane spot radius

    图  5  A=1 mm时振幅分布

    Figure  5.  Distribution of amplitude when A is 1 mm

    图  6  A=3 mm时振幅分布

    Figure  6.  Distribution of amplitude when A is 3 mm

    图  7  激光器光路结构图

    Figure  7.  Structure and optical path of the laser

    图  8  不同位置光阑处输出光束三维振幅分布

    Figure  8.  Three-dimensional amplitude distributions of output beam at different positions

    图  9  不同位置光阑处输出光束二维振幅分布

    Figure  9.  Two-dimensional amplitude distributions of output beam at different positions

    图  10  光阑尺寸为1 mm时输出光束轮廓图

    Figure  10.  Output beam profile with aperture size of 1 mm

    图  11  光阑尺寸为3 mm时输出光束轮廓图

    Figure  11.  Output beam profile with aperture size of 3 mm

    图  12  输出光束M2值随光阑位置变化图

    Figure  12.  Output beam M2 varies with aperture position

    图  13  激光器输出能量曲线图

    Figure  13.  Output energy curve of the laser

    图  14  输出激光脉冲波形

    Figure  14.  Output laser pulse shape

  • [1] 王君涛, 童立新, 徐浏, 等.5 kW Nd:YAG端面抽运板条激光器及其光束质量提升[J].中国激光, 2018, 45(1):101003. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gxjmgc201505011

    WANG J T, TONG L X, XU L, et al.. 5 kW end-pumped Nd:YAG slab lasers and beam quality improvement[J]. Chinese Journal of Laser, 2018, 45(1):101003.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gxjmgc201505011
    [2] 陈诚, 郑加金, 韦玮, 等.基于CCD测量激光光束质量M2[J].发光学报, 2017, 38(5):642-647. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/fgxb201705014

    CHEN CH, ZHENG J J, WEI W, et al.. Measurement of laser beam quality M2 based on CCD[J]. Chinese Journal of Luminescence, 2017, 38(5):642-647.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/fgxb201705014
    [3] 程雪, 王建立, 刘昌华.高能光纤激光器光束合成技术[J].红外与激光工程, 2018, 47(1):0103011. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hwyjggc201801011

    CHENG X, WANG J L, LIU CH H. Beam combining of high energy fiber lasers[J]. Infrared and Laser Engineering, 2018, 47(1):0103011.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/hwyjggc201801011
    [4] 樊仲维, 邱基斯, 唐熊忻, 等.用于空间碎片探测的百赫兹3.31 J高光束质量全固态Nd:YAG激光器[J].物理学报, 2017, 66(5):054205. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-WLXB201705013.htm

    FAN ZH W, QIU J S, TANG X X, et al.. A 100 Hz 3.31 J all-solid-state high beam quality Nd:YAG laser for space debris detecting[J]. Acta Physica Sinica, 2017, 66(5):054205.(in Chinese) http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTotal-WLXB201705013.htm
    [5] 胡立发.用平行向列液晶空间光调制器制作相息图的研究[J].液晶与显示, 2005, 20(2):93-98. doi: 10.3969/j.issn.1007-2780.2005.02.002

    HU L F. Kinoform using parallel aligned nematic liquid crystal spatial light modulator[J]. Chinese Journal of Liquid Crystal and Displays, 2005, 20(2):93-98.(in Chinese) doi: 10.3969/j.issn.1007-2780.2005.02.002
    [6] 周琦, 陆俊发, 印建平.空间光调制器对入射光场调制特性的实验研究[J].液晶与显示, 2013, 28(3):349-353. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yjyxs201303009

    ZHOU Q, LU J F, YIN J P. Experimental study of modulation characteristics of spatial light modulator[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2013, 28(3):349-353.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yjyxs201303009
    [7] 李小平, 胡五生, 于洪丽, 等.基于液晶空间光调制器的相位差波前探测技术定量研究[J].液晶与显示, 2017, 32(3):234-239. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yjyxs201703011

    LI X P, HU W SH, YU H L, et al.. Quantitative analysis on phase diversity technique based on liquid crystal spatial light modulator[J]. Chinese Journal of Liquid Crystals and Displays, 2017, 32(3):234-239.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/yjyxs201703011
    [8] 邓德刚, 易葵, 邵建达, 等.高斯镜谐振腔产生的激光光束的M2因子及传输特性[J].中国激光, 2006, 33(S1):244-247. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Conference/6250557

    DENG D G, YI K, SHAO J D, et al.. M2 factor and propagation properties of beams generated by Gaussian mirror resonator[J]. Chinese Journal of Lasers, 2006, 33(S1):244-247.(in chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Conference/6250557
    [9] MOSSAKOWSKA-WYSZYNSKA A, WITONSKI P, SZCZEPANSKI P. Relaxation oscillations in a laser with a Gaussian mirror[J]. Applied Optics, 2002, 41(9):1668-1676. doi: 10.1364/AO.41.001668
    [10] FUJIWARA H, BROWN K E B, DLOTT D D. High-energy flat-top beams for laser launching using a Gaussian mirror[J]. Applied Optics, 2010, 49(19):3723-3731. doi: 10.1364/AO.49.003723
    [11] 易葵, 马平, 邱红, 等.大口径传输反射镜的研究进展[J].光学 精密工程, 2016, 24(12):2902-2907. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gxjmgc201612003

    YI K, MA P, QIU H, et al.. Progress on large aperture transport mirrors[J]. Opt. Precision Eng., 2016, 24(12):2902-2907.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/gxjmgc201612003
    [12] 赵彤, 韩新民, 刘万发, 等.采用腔内设置限孔光阑抑制倒向波的理论分析[J].强激光粒子数, 2012, 14(5):655-658. http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qjgylzs200205004

    ZHAO T, HAN X M, LIU W F, et al.. Theoretical analysis of reverse mode suppression using diaphragm for symmetric confocal unstable ring resonator[J]. High Power Laser and Particle Beams, 2002, 14(5):655-658.(in Chinese) http://d.old.wanfangdata.com.cn/Periodical/qjgylzs200205004
    [13] 王晓铭, 郭劲, 郭汝海, 等.大功率TEA CO2非稳腔激光器的远场传输特性[J].中国光学, 2012, 5(6):672-676. http://www.chineseoptics.net.cn/CN/abstract/abstract8921.shtml

    WANG X M, GUO J, GUO R H, et al.. Far field transmission characteristics of high-power unstable resonator TEA CO2 laser[J]. Chinese Optics, 2012, 5(6):672-676.(in Chinese) http://www.chineseoptics.net.cn/CN/abstract/abstract8921.shtml
    [14] 腾树云, 刘立人, 万玲玉, 等.孔径光阑限制下高斯光束的传输[J].光学学报, 2005, 25(2):157-160. doi: 10.3321/j.issn:0253-2239.2005.02.003

    TENG SH Y, LIU L R, WAN L Y, et al.. Propagation of Gaussian beam limited by an aperture[J]. Acta Optica Sinica, 2005, 25(2):157-160.(in Chinese) doi: 10.3321/j.issn:0253-2239.2005.02.003
    [15] FENG Y J, ZHANG R ZH, ZHANG B. Propagation properties of the beam generated by Gaussian mirror resonator passing through a paraxial ABCD optical system[J]. Optics & Laser Technology, 2010, 42(4):662-668. http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0030399209002436
    [16] XU Y G. Property study of beam generated by Gaussian mirror through the misaligned optical system with aperture[J]. Optik, 2015, 126(20):2282-2286. doi: 10.1016/j.ijleo.2015.05.115
  • 加载中
图(14)
计量
  • 文章访问数:  634
  • HTML全文浏览量:  195
  • PDF下载量:  161
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-06-14
  • 修回日期:  2018-07-31
  • 刊出日期:  2019-06-01

目录

    /

    返回文章
    返回