非穩(wěn)腔腔內(nèi)低階像差測量及補償研究.pdf

1、隨著固體激光系統(tǒng)的泵浦技術(shù)、自適應(yīng)光學(xué)的發(fā)展，高功率、高光束質(zhì)量激光輸出系統(tǒng)的研制和應(yīng)用就成為了研究的熱點。由于固體激光系統(tǒng)在熱加載時，增益介質(zhì)產(chǎn)生光學(xué)畸變，對非穩(wěn)腔激光器輸出功率和輸出光束質(zhì)量的影響顯著，采用腔內(nèi)自適應(yīng)像差校正技術(shù)，是實現(xiàn)非穩(wěn)腔固體激光器高光束質(zhì)量輸出的有效措施。本文以多片串接非穩(wěn)腔薄片激光器為研究對象，通過數(shù)值模擬方法及實驗方法分析Nd∶YAG薄片增益介質(zhì)熱加載時產(chǎn)生的像差特性及其對非穩(wěn)腔輸出光束光學(xué)特性的影響，重點

2、研究了腔內(nèi)低階像差校正問題。
　　本文基于實驗測量得到的像差，通過模擬方法分析了像差擾動對非穩(wěn)腔輸出光束的影響。通過實驗直接測量法測出薄片增益介質(zhì)的波前畸變，分析其中傾斜像差及離焦像差成分較大。數(shù)值模擬分析像差對激光器輸出光束影響，發(fā)現(xiàn)傾斜像差及離焦像差對輸出光束強(qiáng)度分布影響顯著，腔內(nèi)存在約40個微弧度的傾斜像差時，腔內(nèi)光束相位分布嚴(yán)重傾斜，輸出光束PV值達(dá)到78μm，RMS為16.87μm，輸出光功率下降超過50％，甚至導(dǎo)致非穩(wěn)

3、腔無法出光，因此，在腔內(nèi)像差校正過程中，優(yōu)先校正傾斜像差。
　　針對非穩(wěn)腔腔內(nèi)傾斜像差校正補償，本文提出一種基于往返探測校正策略。非穩(wěn)腔內(nèi)，傾斜像差主要影響兩個參數(shù):光軸偏移和光瞳偏移，單一的光軸偏差通過非穩(wěn)腔反射迭代后，測量與表征就特別困難。本文從諧振腔外導(dǎo)入一個準(zhǔn)直光束作為參考光，提出基于參考光在腔內(nèi)往返一次的遠(yuǎn)場焦斑位置探測、結(jié)合Hartmann-Shack波前傳感器子孔徑焦斑點陣來測量并替代腔內(nèi)主激光波前畸變來校正腔內(nèi)像差

4、的方法，使用一只電調(diào)鏡，實現(xiàn)光軸偏移校正，結(jié)構(gòu)精簡，使用方便。模擬對比了單程測量等量校正方式與基于往返探測校正方法的校正效果，結(jié)果表明該策略校正效果更優(yōu)。在非穩(wěn)腔內(nèi)引入傾斜像差，未采取校正措施時，輸出功率僅為理想輸出功率的63.4％;基于往返探測校正方法可完全校正腔內(nèi)傾斜像差，將激光輸出功率提升至理想輸出功率的99.11％。
　　最后，通過實驗驗證了本文仿真計算方法的正確性及校正策略的可行性。實驗中，通過電調(diào)鏡、變形鏡分別校正腔內(nèi)