正支共焦非穩(wěn)激光諧振腔的調(diào)整與光束凈化技術(shù)研究.pdf

1、激光諧振腔腔內(nèi)光束凈化技術(shù)在提高光束質(zhì)量方面具有重要的作用，本文以正支共焦非穩(wěn)腔(Positive-Branch Confocal Unstable Resonators)為研究對象，主要針對腔內(nèi)像差擾動(dòng)對諧振腔模式特性影響，進(jìn)行了數(shù)值模擬分析和實(shí)驗(yàn)研究；并對諧振腔調(diào)腔技術(shù)中的關(guān)鍵問題進(jìn)行了深入地研究，解決了其中的一些關(guān)鍵技術(shù)和問題。在此基礎(chǔ)上，對腔內(nèi)像差的校正問題作了探索性的研究工作，并成功完成了腔內(nèi)低階像差閉環(huán)校正的原理性實(shí)驗(yàn)。

2、 在對正支共焦腔的數(shù)值模擬方面，理論分析了各種腔內(nèi)像差擾動(dòng)如腔內(nèi)傾斜、腔長變化、腔鏡熱變形、增益介質(zhì)畸變等因素對諧振腔輸出光束模式特性的影響并給出相關(guān)研究結(jié)論，這對于用自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)腔內(nèi)像差校正或光束凈化具有一定指導(dǎo)意義。在腔內(nèi)傾斜像差擾動(dòng)對本征模式的影響研究中，提出了腔內(nèi)相位擾動(dòng)權(quán)重因子概念。首次指出了在正支共焦腔腔內(nèi)不同位置引入等量擾動(dòng)時(shí)，對諧振腔本征模式和各階像差的影響是不相同的。進(jìn)一步分析了在諧振腔內(nèi)不同位置引入傾斜擾動(dòng)

3、時(shí)對光腔本征模式、Zerofike像差系數(shù)和遠(yuǎn)場模式的影響，并且闡明了腔模低階像差的增大對于某些高階像差的影響，指出進(jìn)行腔內(nèi)像差補(bǔ)償或校正應(yīng)當(dāng)注意的問題。 對增益介質(zhì)畸變的一種情形即增益介質(zhì)熱透鏡效應(yīng)對諧振腔造成的影響作了理論分析，指出對于正支共焦腔由于熱效應(yīng)會(huì)導(dǎo)致等效腔型結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響模式結(jié)構(gòu)。在本文中也討論了腔鏡熱變形對諧振腔激光振蕩模式的影響。存在鏡面變形時(shí)，光場強(qiáng)度和相位分布都會(huì)發(fā)生畸變，畸變量值與鏡面變形量

4、有關(guān)，變形量越大，與本征模式的偏離程度越明顯。分析表明這些擾動(dòng)因素可 能對腔模分布帶來較大影響，因此在應(yīng)用中應(yīng)盡可能予以避免或設(shè)法補(bǔ)償。 在對正支共焦腔光腔調(diào)整技術(shù)研究中，首次總結(jié)了針對折疊型腔的調(diào)整共軸的方法，并提出了光腔調(diào)整共軸的判斷依據(jù)。即由輸出光束近場強(qiáng)度及相位的綜合分布情況作為諧振腔是否調(diào)好的標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)橹C振腔內(nèi)小的傾斜像差擾動(dòng)對于強(qiáng)度分布影響顯著，但對相位分布特別是高階Zemike像差影響則并不明顯。在進(jìn)

5、行非穩(wěn)腔調(diào)整時(shí)，首先應(yīng)當(dāng)保證整個(gè)光路共光軸使輸出強(qiáng)度分布均勻，然后在腔外用H-S波前傳感器分析光束波面像差。 針對實(shí)際工程應(yīng)用中的一套正支共焦折疊腔，理論分析了折疊腔的失調(diào)靈敏度問題，指出雙折腔中折轉(zhuǎn)反射鏡對腔的穩(wěn)定性影響最大。因此在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮折轉(zhuǎn)鏡組的穩(wěn)定性問題。針對正支共焦腔腔內(nèi)擾動(dòng)對光束模式的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，分析了無源非穩(wěn)腔腔鏡的各種擾動(dòng)形式譬如腔鏡傾斜、腔長變化、腔鏡垂軸移動(dòng)和折轉(zhuǎn)反射鏡組失調(diào)對于輸出光

6、束模式分布的影響，首次對不同腔鏡失調(diào)量與耦合輸出調(diào)腔光像差關(guān)系進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)定量分析并得出相關(guān)結(jié)論，指出系統(tǒng)對于一些主要像差如傾斜和離焦的像差容限度問題。指出進(jìn)行腔內(nèi)像差校正應(yīng)注意的問題同時(shí)驗(yàn)證了理論分析得到的一些結(jié)論。 本文另一方面針對腔內(nèi)光束凈化特別是腔內(nèi)低階像差校正問題作了探索性實(shí)驗(yàn)研究，提出了針對正支共焦腔的腔內(nèi)低階像差的控制途徑，首次對分別控制正支共焦腔腔內(nèi)不同腔鏡的可行性進(jìn)行了分析并且進(jìn)行了非穩(wěn)腔腔內(nèi)低階像差校正的