正支共焦非穩(wěn)激光諧振腔的調整與光束凈化技術研究.pdf

1、激光諧振腔腔內光束凈化技術在提高光束質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，主要針對腔內像差擾動對諧振腔模式特性影響，進行了數(shù)值模擬分析和實驗研究；并對諧振腔調腔技術中的關鍵問題進行了深入地研究，解決了其中的一些關鍵技術和問題。在此基礎上，對腔內像差的校正問題作了探索性的研究工作，并成功完成了腔內低階像差閉環(huán)校正的原理性實驗。

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像差擾動如腔內傾斜、腔長變化、腔鏡熱變形、增益介質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研究結論，這對于用自適應光學技術實現(xiàn)腔內像差校正或光束凈化具有一定指導意義。在腔內傾斜像差擾動對本征模式的影響研究中，提出了腔內相位擾動權重因子概念。首次指出了在正支共焦腔腔內不同位置引入等量擾動時，對諧振腔本征模式和各階像差的影響是不相同的。進一步分析了在諧振腔內不同位置引入傾斜擾動

3、時對光腔本征模式、Zerofike像差系數(shù)和遠場模式的影響，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，指出進行腔內像差補償或校正應當注意的問題。 對增益介質畸變的一種情形即增益介質熱透鏡效應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會導致等效腔型結構發(fā)生變化，嚴重時會影響模式結構。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，光場強度和相位分布都會發(fā)生畸變，畸變量值與鏡面變形量

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

5、行非穩(wěn)腔調整時，首先應當保證整個光路共光軸使輸出強度分布均勻，然后在腔外用H-S波前傳感器分析光束波面像差。 針對實際工程應用中的一套正支共焦折疊腔，理論分析了折疊腔的失調靈敏度問題，指出雙折腔中折轉反射鏡對腔的穩(wěn)定性影響最大。因此在系統(tǒng)結構設計中應充分考慮折轉鏡組的穩(wěn)定性問題。針對正支共焦腔腔內擾動對光束模式的影響進行了實驗研究，分析了無源非穩(wěn)腔腔鏡的各種擾動形式譬如腔鏡傾斜、腔長變化、腔鏡垂軸移動和折轉反射鏡組失調對于輸出光

6、束模式分布的影響，首次對不同腔鏡失調量與耦合輸出調腔光像差關系進行了理論和實驗定量分析并得出相關結論，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。指出進行腔內像差校正應注意的問題同時驗證了理論分析得到的一些結論。 本文另一方面針對腔內光束凈化特別是腔內低階像差校正問題作了探索性實驗研究，提出了針對正支共焦腔的腔內低階像差的控制途徑，首次對分別控制正支共焦腔腔內不同腔鏡的可行性進行了分析并且進行了非穩(wěn)腔腔內低階像差校正的