环形非稳腔板条激光器腔内自适应光学技术研究

论文摘要

近年来,固体激光器因体积小、质量轻、全电运行和坚固耐用等优点,已成为激光领域的研究热点。随着科学发展和工业需求,高功率、高光束质量和高效率逐渐成为固体激光器所追求的目标。其中非稳腔式固体激光器结构紧凑、器件少、可靠性高,现已成为固体激光器实现功率定标放大的重要技术路线之一。然而固体激光器随着泵浦功率和增益模块数目增加,将产生大量的废热,造成腔内像差急剧变化,严重制约激光输出功率和光束质量。为保持固体激光器的紧凑性,提出了腔内校正像差影响的自适应光学技术需求。本文紧紧围绕环形非稳腔固体激光器及其腔内自适应光学技术开展理论和实验研究。搭建了环形非稳腔Nd:YAG板条激光器,实现了高功率单向激光输出,并且进一步集成了腔内自适应光学系统,显著改善了输出光束质量。论文的主要研究内容分为以下三个方面:首先,针对现有的Nd:YAG板条激光器的环形非稳腔方案进行了分析,对现有环形腔中倒向波抑制的方法进行了归纳和总结,并结合板条激光器的像差特性和实际应用需求,选取了限孔光阑抑制倒向波的方案;通过求解环形非稳腔的特征光束,建立了限孔光阑尺寸与增益介质中倒向波体积的数学解析关系,定量研究了倒向波抑制对限孔光阑尺寸的要求,并通过实验验证了限孔光阑抑制倒向波的有效性,最终在环形非稳腔板条激光器中实现了高功率单向激光输出。其次,针对环形非稳腔激光模式计算的问题,结合环形腔的实际情况,选取了Fox-Li数值迭代算法进行求解;通过物理光学解决了环形腔内衍射传输的问题,构建了环形非稳腔的数值计算模型,定量分析了腔内倾斜对环形非稳腔输出光束的影响;基于数值计算结果,分析并制定了一种倾斜校正策略,最终通过实验验证了该策略的有效性,提高了环形非稳腔输出功率,抑制了输出光束抖动。最后,根据波前斜率信息利用模式法对腔内像差进行复原,定量研究了该环形非稳腔板条激光器对腔内自适应光学系统的参数要求,并结合现有实验条件,选取了自适应光学系统参数,数值分析了腔内自适应光学校正对输出激光的影响;基于腔内自适应光学校正的数值计算结果,搭建了腔内像差校正实验,验证了环形非稳腔腔内自适应光学校正的有效性,最终在低功率下实现较好的腔内像差校正,将输出光束质量提升到1.61倍衍射极限（β）,在高功率下提高了输出功率的同时,提升了激光输出光束质量。通过对环形非稳腔板条激光器的倒向波抑制和腔内自适应光学技术的研究,从理论和实验上证明了此方法的可行性,为非稳腔式固体激光器实现高功率、高光束质量的目标提供一种新思路。

论文目录

摘要

abstract

第一章绪论

1.1 固体激光器及其发展趋势

1.2 固体激光器定标放大的技术路线

1.2.1 主振荡器功率放大器

1.2.2 非稳腔

1.3 腔内自适应光学技术

1.3.1 自适应光学系统

1.3.2 光束质量评价参数

1.3.3 腔内自适应光学在固体激光器中的应用

1.4 环形非稳腔腔内自适应光学技术路线

1.4.1 环形非稳腔

1.4.2 环形非稳腔板条固体激光器

1.5 课题主要研究内容

第二章环形非稳腔板条激光器及其倒向波抑制

2.1 环形非稳腔板条激光器谐振腔设计

2.2 环形非稳腔板条激光器光束特征分析

2.2.1 激光谐振腔理论基础

2.2.2 环形非稳腔板条激光器中双向波的解析解

2.3 环形非稳腔倒向波抑制技术研究

2.3.1 环形非稳腔倒向波抑制的技术路线

2.3.2 限孔光阑抑制倒向波的数值分析

2.4 环形非稳腔倒向波抑制实验研究

2.4.1 环形非稳腔倒向波抑制实验装置

2.4.2 倒向波抑制实验研究

2.5 本章小结

第三章环形非稳腔腔内倾斜校正方法研究

3.1 激光模场的数值求解

3.1.1 特征向量法

3.1.2 Fox-Li数值迭代法

3.1.3 环形非稳腔模场的数值计算

3.2 环形非稳腔中的衍射传输计算

3.2.1 光场在大菲涅尔数条件下的传输计算

3.2.2 光场在共焦透镜间的传输计算

3.2.3 环形腔的闭合传输计算

3.3 腔内倾斜对环形非稳腔的影响

3.3.1 倾斜对环形非稳腔的影响

3.3.2 倾斜校正方案研究

3.4 环形非稳腔腔内倾斜校正实验研究

3.4.1 倾斜校正实验装置

3.4.2 腔内倾斜校正实验步骤

3.4.3 腔内倾斜校正实验研究

3.5 本章小结

第四章环形非稳腔板条激光器腔内像差校正研究

4.1 腔内像差探测及复原方法

4.1.1 模式法复原波前

4.1.2 腔内像差复原

4.2 腔内校正对环形非稳腔影响的数值计算

4.2.1 变形镜的结构参数

4.2.2 不同变形镜对腔内像差校正结果的影响

4.2.3 不同变形镜对输出光束质量的影响

4.2.4 腔内自适应光学系统中变形镜的选取

4.3 环形非稳腔板条激光器腔内校正实验研究

4.3.1 环形非稳腔腔内校正实验装置

4.3.2 腔内像差特性

4.3.3 低泵浦功率下腔内像差校正实验研究

4.3.4 高泵浦功率下腔内像差校正实验研究

4.4 本章小结

第五章总结和后续工作展望

5.1 论文的主要研究工作

5.2 论文的主要创新点

5.3 后续工作展望

参考文献

致谢

作者简历及攻读学位期间发表的学术论文与研究成果

附件

文章来源

类型: 博士论文

作者: 王勋

导师: 许冰,杨平

关键词: 环形非稳腔,板条激光器,腔内自适应光学,倒向波抑制

来源: 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)

年度: 2019

分类: 基础科学,信息科技

专业: 物理学,物理学,无线电电子学

单位: 中国科学院大学(中国科学院光电技术研究所)

分类号: TN248;O439

总页数: 129

文件大小: 5518K

下载量: 173

环形非稳腔板条激光器腔内自适应光学技术研究

论文摘要

论文目录

文章来源

相关论文文献

猜你喜欢