高能CO-,2-激光器輸出模場畸變的數(shù)值模擬.pdf

1、隨著激光應(yīng)用范圍的擴大，如何改善光束質(zhì)量成為重要的研究課題。激光近、遠場的模場分布決定了激光的光束質(zhì)量。在高能CO2激光器的應(yīng)用中，可能影響輸出模場分布的主要因素有三個：腔鏡失調(diào)、增益分布非均勻和腔鏡熱變形。我們所要研究的內(nèi)容就是求出這三種情況下的模場分布，為激光諧振腔的改進提供理論依據(jù)。 高能激光器件設(shè)計中的主要問題是如何獲得盡可能大的模體積和好的橫模鑒別能力，以實現(xiàn)高功率單模運轉(zhuǎn)，從而既能從激活物質(zhì)中高效率地提取能量，又能保

2、持高的光束質(zhì)量，非穩(wěn)腔可以滿足以上要求，所以是高能激光器普遍選用的腔型。針對高能CO2激光器中普遍采用的正支虛共焦非穩(wěn)腔，我們用快速傅里葉變換(FastFourierTransformmethod或FFT)來得出模場分布。文中介紹了FFT的基本原理和實際應(yīng)用。它作為現(xiàn)代信號處理的核心技術(shù)之一，使離散傅里葉變換的運算時間縮短了幾個數(shù)量級，對N個格點的運算次數(shù)從N2降為Nlog2N。運用FFT的難點在于格點的選取，由于在正支虛共焦非穩(wěn)腔中傳

3、播的初始波是球面波，為了避免無限次迭代，我們采用了基于高斯函數(shù)的球面波擴展坐標(biāo)法，通過該坐標(biāo)變換把球面波轉(zhuǎn)化為平面波來傳播。 論文采用FFT方法研究計算了理想空腔情況下的近、遠場光場分布和相位分布；采用薄層增益模型，計算了因為增益介質(zhì)橫向流動引起的增益分布不均勻?qū)鈭龅挠绊?；計算了腔鏡傾角分別為0μrad，10μrad，50μrad，100μrad的光場及PIB曲線，分析了腔鏡傾斜對光束性質(zhì)的影響；最后我們計算了鏡面中心最大變形

4、分別為λ/4和λ/2時的諧振腔輸出光場分布，同時給出光場的遠場分布和光束質(zhì)量，分析了形成模分布的原因。 數(shù)值計算表明，腔鏡失調(diào)、增益分布非均勻和腔鏡熱變形都會導(dǎo)致模場分布畸變。腔鏡傾斜和熱變形是影響輸出光束質(zhì)量的主要因素，鏡面變形的大小和傾角的大小，直接影響光束的相位分布和遠場光斑半徑，而腔內(nèi)增益分布又影響熱變形的分布。激光出光時間段內(nèi)，由于熱能沉積和變形增加，出光后續(xù)時刻比出光初始時刻的光束質(zhì)量差。通過腔鏡冷卻、改善腔鏡材料、