厦门大学 电子科学与技术学院，福建 厦门 361005
涡旋光在光通信、量子纠缠、新的非线性光学效应、微纳机械加工、超分辨成像和光镊等领域具有重要的应用价值。涡旋光应用的前提条件是高质量涡旋光束的产生，将缺陷镜技术和固体激光谐振腔技术结合起来研究，对直接产生高光束质量、高稳定性和大拓扑荷数（高阶）的涡旋激光具有明显的优势。当前，该项技术多是用在简单的两镜线性腔中，且以连续波涡旋激光为主。文中使用紫外皮秒脉冲激光器制备了点缺陷镜，并采用LD端面泵浦Nd:YVO4晶体作为激光实验平台，构造了V型激光谐振腔，首次实现了复杂谐振腔内直接产生高阶涡旋激光输出。当吸收功率为11.46 W时，获得了最高输出功率为2.69 W的三阶涡旋激光，斜效率达到23.6%；进一步调节谐振腔及点缺陷尺寸，最高获得了13阶涡旋激光输出。该研究表明缺陷镜技术也可以用于复杂结构激光谐振腔，直接产生高阶涡旋激光，从而为其他运行模式（如调Q和锁模）的高阶涡旋激光研究提供了一定的依据。
全固态激光器 光学涡旋 缺陷镜 V型折叠腔 all-solid-state laser optical vortices defect mirror V-type folded cavity 红外与激光工程
2021, 50(9): 20210408
中国计量科学研究院环境计量中心, 北京 100029
为了有效减小光腔衰荡光谱仪中光腔的体积,设计了一种Z型折叠腔结构,其外部尺寸仅为26.4 cm×8.5 cm×4.5 cm,展开的光腔长度为73.8 cm。采用傍轴高斯光束传输方程对实验光路进行仿真,通过调节两个凸透镜的焦距和位置,实现了光腔内激光模式与光腔模式的完美匹配,确保激光在腔内以横基模TEM00模式存在。实验中,采用数字延迟脉冲发生器触发声光调制器,开断激光,并高速采集衰荡信号,验证了所设计的折叠腔在光腔衰荡光谱仪上应用的可行性。对实验数据进行指数拟合,所得最大残差不超过0.004 μW,衰荡时间为0.852 μs,与理论计算结果相符。所设计的Z型折叠腔结构紧凑,可用于商业化小型光腔衰荡光谱仪。
光谱学 光腔衰荡光谱技术 Z型折叠腔 模式匹配 数据采集
1 湖南理工学院 物理与电子科学学院, 湖南 岳阳 414006
2 岳阳大陆激光技术有限公司, 湖南 岳阳 414006
在激光腔型设计时, 为了使激光具有良好的输出性能, 需要找出谐振腔参量对激光输出性能的影响规律。结合V型折叠腔的图解分析法和多元件光学谐振腔的等价腔分析法, 将折叠腔近似等价后, 对等价的共轴球面空腔的稳定性和输出光束质量进行理论求解分析, 找到了V型折叠腔参量和激光输出性能的内在联系。通过计算给定的条件可知, 当折叠角θ=0.15π时, 总腔长L的理想取值范围为(70, 80)mm, 最佳取值为75 mm, 端面镜曲率半径R1、R2的允许变化范围为(60, 75)mm, 折叠镜曲率半径R3的最小取值为45 mm, 随着左(右)侧子腔g-参数积增大, 右(左)侧端面镜上的基模光斑半径和远场发散角增大。上述等价腔分析法和结论对激光腔型优化设计提供了重要的理论依据。
V型折叠腔 光束质量 等价腔分析法 谐振腔稳定性 V-type folded cavity laser beam quality equivalent cavity analysis resonator stability 红外与激光工程
2019, 48(1): 0105004
1 湖南理工学院 物理与电子学院, 岳阳 414006
2 中国科学院 福建物质结构研究所 光电材料化学与物理重点实验室, 福州 350002
3 岳阳大陆激光技术有限公司, 岳阳 414000
为了提高V型谐振腔的热稳定性,采用了图解分析法,将V型折叠腔等效为腔内含有一个透镜的共轴球面腔。同时考虑到晶体热透镜效应,结合多元件光学谐振腔的等价腔分析法,将等效后腔内含透镜组的多元件球面腔近似等价为腔内不含透镜的共轴球面空腔。对V型腔等价后的共轴球面空腔的稳定性进行了理论计算和仿真分析。结果表明,当总腔长为75mm、折叠角为0.15π左右时,谐振腔具有最宽的热稳定范围; 此时若增益介质与折叠镜的间距为28mm,则谐振腔能适应的最小热透镜焦距可达12mm。这一结果体现了谐振腔关键参量对热稳定性的重要影响,对激光腔型稳定性的优化设计具有一定的指导意义。
光学设计 V型折叠腔 等价腔分析法 腔稳定性 optical design V-type folded cavity equivalent cavity analysis cavity stability
军械工程学院光学与电子工程系, 河北 石家庄 050003
对双端端面抽运的Nd∶YVO4Z型折叠 腔主振荡器的设计进行了模拟，采用ABCD传输矩阵理论详细分析了各腔参量对谐振腔稳定性的影响。 由模拟结果推断，稳区的范围可通过谐振腔各分臂臂长的和来调节，而且应在臂长允许的范围内尽量选 择小角度。利用相同的光学元件设计了两种腔长的热稳定腔，比较了长短腔型各自的利弊。
双端端面抽运 Z型折叠腔 谐振腔稳定性 dual-end-pumped MOPA MOPA Z-folded resonator resonator stability Nd∶YVO4 Nd∶YVO4
1 山东协和职业技术学院,计算机系,济南,250109
2 山东大学,山大鲁能信息科技有限公司,济南,250100
3 山东大学,信息科学与工程学院,济南,250100
采用一种新型的Nd∶YVO4/YVO4复合晶体,利用V型折叠腔,研究了高功率激光二极管端面泵浦的Nd∶YVO4/YVO4复合晶体激光器基频1.06 μm及倍频532 nm激光的输出特性.当泵浦功率为24.6 W时,获得1.06 pm激光的最大输出功率为11.7 W,光-光转换效率为48%.当泵浦功率为17 W时,获得了5.32 W的绿光输出,光-光转换效率达到31.3%.
激光二极管端面泵浦 V型折叠腔 KTP晶体 Nd∶YVO4/YVO4复合晶体
1 上海交通大学机械与动力工程学院, 上海 200240
2 中国科学院上海光学精密机械研究所, 上海 201800
为了对激光谐振腔进行优化设计,运用光学传输矩阵理论,借助V型折叠腔激光器的等效简化模型对该激光腔的稳定性进行了研究。分析了腔长、折叠镜焦距、反射镜曲率半径与系统稳定性的关系,得到以失调量为参数的稳区临界曲线方程,实现了三镜折叠腔型CO2斩光盘式调Q脉冲输出激光器的设计。分析结果表明,对于子腔预先给定的参量,只要另一子腔满足适当的失调量,整个谐振腔就是稳定的。任一子腔内有二个稳定区而非以往研究者提出的一个稳定区,可根据需要选取最佳的稳定点。采用失调量而非g因子作为参数,直接给出稳定区范围和失调误差,使用性好。
激光技术 稳定性 失调量 V型折叠腔
1 山东师范大学物理与电子科学学院, 山东 济南 250014
2 山东大学山大鲁能信息科技有限公司, 山东 济南 250014
3 山东大学信息科学与工程学院, 山东 济南 250100
在高功率激光二极管(LD)抽运的情况下, 对比分析了Nd:YVO4/YVO4复合晶体和Nd:YVO4单一晶体的激光特性。实验证明, 复合晶体能够有效地降低晶体内的温度梯度, 减小由端面变形带来的热透镜效应, 获得比单一晶体高出许多的输出功率。采用Z型折叠腔, 研究了Nd:YVO4/YVO4复合晶体KTP倍频特性, 当抽运功率为17 W时, 获得了6.23 W的绿光输出, 抽运光到绿光的转换效率高达37%。
激光器 热键合 激光二极管端面抽运 复合晶体 Z型折叠腔
1 山东师范大学物理与电子科学学院, 济南 250014
2 山东大学山大鲁能信息科技有限公司, 济南 250100
采用平凹短腔及V型折叠腔,研究了激光二极管端面抽运的Nd:Gd0.42Y0.58VO4激光器1.06mm及倍频532nm的输出特性。在输入抽运功率为11.05 W时,获得了1.06mm的最大平均输出功率为5.35 W,光-光转换效率达到48.42%；在输入抽运功率为6.8 W时,采用连续抽运和脉冲抽运分别获得了1.44 W和1.64 W的绿光输出,光-光转换效率分别为21.2%和24.1%。
激光器 V型折叠腔 KTP晶体 腔内倍频 Nd:Gd0.42Y0.58VO4晶体
1 西北大学,光子学与光子技术研究所,光电子技术省级重点开放实验室,西安,710069
2 西安建筑科技大学,理学院,西安,710055
3 长安大学,基础部,西安,710064
运用传输矩阵理论分析了Z型折叠腔声光调Q系统稳定运行的条件.分析了激光晶体的热透镜焦距、腔长、反射镜的曲率半径对系统稳定性的影响,进行了数值计算和讨论.发现较短腔长其腔的稳定性较好,经过实验验证,较短腔长的激光器转换效率较高,易获得较高的输出功率.
Z型折叠腔 腔内倍频激光器 声光调Q 传输矩阵
