激光諧振腔模式分析——基于有限元的數(shù)值矩陣方法.pdf

1、光束質(zhì)量決定了激光的聚焦特性和傳輸特性,它與激光諧振腔內(nèi)的光場模式密切相關(guān),因而光腔模式的相關(guān)計算在激光加工和激光測量等應(yīng)用領(lǐng)域有著非常重要的意義,它對于諧振腔腔型的設(shè)計、外光路設(shè)計和光束整形具有指導(dǎo)作用.諧振腔模式的經(jīng)典理論僅給出了部分簡單腔型(如平平腔、圓形鏡共焦腔)的模式解析解;在激光器的不斷發(fā)展中出現(xiàn)了各種新的腔型和光學(xué)元件,對此,解析法通常難以實施,而必須采用各種數(shù)值計算方法,如厄米-高斯展開法、快速傅立葉變換法(FFT)、有

2、限差分法(FDM)和有限元法(FEM).該文結(jié)合諧振腔模式計算的特點,提出了基于有限元的傳輸矩陣方法,其主要特點是:可求解腔內(nèi)多個模式、適用于復(fù)雜腔型的計算.該文首先通過對圓形共焦腔和非共焦穩(wěn)定腔的模式進行了分析,驗證了方法的精度和適用性,同時,顯示了該方法與傳統(tǒng)方法相比的幾個主要優(yōu)點.然后計算了應(yīng)用在10KW CO<,2>氣體激光器上的孔耦輸出非穩(wěn)腔,采用數(shù)值矩陣法計算了腔內(nèi)模式和輸出光束遠場分布,并且結(jié)合實驗,實測光斑予以驗證.而后