1 中国船舶集团有限公司第七一八研究所，河北 邯郸 056027
2 河北省化学与气体激光重点实验室，河北 邯郸 056027
研究光腔内导引光的往返振荡物理过程与传播特性有助于理解、判断光腔的准直失调状态。离轴非稳腔作为一种兼具高提取效率与高光束质量的混合非稳腔，调腔导引光在离轴非稳腔中的振荡物理过程研究鲜有报道。通过理论计算与实验研究了导引光在离轴非稳腔内的多光束干涉过程及其远场传播特征，在实验中搭建了离轴非稳腔（X方向为平凹稳定腔，Y方向为共焦非稳腔）导引光研究装置，通过凹球面镜小孔注入波长为632.8 nm的基模高斯光束，开展了光腔准直与导引光远场图样研究，实验结果与计算结果吻合较好。计算与实验结果表明：离轴非稳腔的干涉图样与传统共焦非稳腔/稳定腔不同，调腔导引光在腔镜小孔注入处出现椭圆“水滴”状干涉图样，该图样亮度较高，可以用于判断光腔的准直状态。输出导引光的远场光斑在Y方向上是不同振荡阶次的亮核光斑，其中高阶次亮核光斑可用于指示红外激光的远场光斑位置。
激光光学 离轴非稳腔 多光束干涉 调腔方法 远场光斑
Author Affiliations
Abstract
1 School of Information Science and Engineering, Shandong University, Qingdao 266237, China
2 Shandong Provincial Key Laboratory of Laser Technology and Application, Qingdao 266237, China
3 Key Laboratory of Laser & Infrared System (Shandong University), Ministry of Education, Qingdao 266237, China
4 Center for Optics Research and Engineering, Shandong University, Qingdao 266237, China
A high-energy 100-Hz optical parametric oscillator (OPO) based on a confocal unstable resonator with a Gaussian reflectivity mirror was demonstrated. A KTA-based OPO with a good beam quality was obtained when the magnification factor was 1.5, corresponding to the maximum signal (1.53 µm) energy of 56 mJ and idler (3.47 µm) energy of 20 mJ, respectively. The beam quality factors (M2) were measured to be M2x = 5.7, M2y = 5.9 for signal and M2x = 8.4, M2y = 8.1 for idler accordingly. The experimental results indicated that the beam quality positively changed with the increase of magnification factors, accompanied by an acceptable loss of pulse energy.
optical parametric oscillators confocal unstable resonator beam quality Chinese Optics Letters
2023, 21(5): 051401
中国船舶重工集团公司第七一八研究所，河北 邯郸 056027
提出并研究了一种气流方向Z型折叠离轴混合非稳腔，应用在小型化DF气流化学激光装置中(增益体积为30 mm×40 mm×125 mm)，实现了平均功率550 W、光束质量β值1.8(稳定腔方向β值为1.5，非稳定腔方向β值为1.9)、光谱覆盖3680～4089 nm的中红外连续激光输出。该腔在气流方向是平凹稳定腔，并且进行了Z型折叠以减小稳定腔方向上的增益尺寸；在高度方向是正支共焦非稳腔。针对稳定腔方向上远场光斑从高阶横模振荡到基横模振荡的物理过程进行了理论计算与实验研究，光腔振荡的计算结果与实验结果吻合较好。计算与实验结果表明，气流方向Z型折叠离轴非稳腔可用在小型化、紧凑型DF气流化学激光装置中，实现高功率、高光束质量中红外连续激光输出。
激光器 离轴混合非稳腔 DF气流化学激光 光束质量 中红外激光 中国激光
2022, 49(23): 2301007
Author Affiliations
Abstract
1 School of Information Science and Engineering, Shandong University, Qingdao 266237, China
2 Shandong Provincial Key Laboratory of Laser Technology and Application, Qingdao 266237, China
3 Key Laboratory of Laser & Infrared System (Shandong University), Ministry of Education, Qingdao 266237, China
4 Center for Optics Research and Engineering, Shandong University, Qingdao 266237, China
Beam quality improvements by a large margin for signal and idler beams of a high energy 100 Hz (KTA) non-critical phase matching (NCPM) optical parametric oscillator (OPO) were demonstrated using an unstable resonator configuration instead of a plane-parallel one. Theoretically, influences of cavity lengths and transmission of an output coupler on the OPO conversion efficiency for both were numerically simulated. For OPO based on an unstable resonator with a Gaussian reflectivity mirror, the maximum pulse energies at the signal (1.53 µm) and idler (3.47 µm) were about 75 mJ and 26 mJ, respectively. The corresponding beam quality factors of the signal were Mx2 = 9.8 and My2 = 9.9, and Mx2 = 11.2 and My2 = 11.5 for the idler. As a comparison, 128 mJ of signal and 48 mJ of idler were obtained with the plane-parallel resonator, and the M2 factors of the signal were Mx2 = 39.8 and My2 = 38.4, and Mx2 = 32.1 and My2 = 31.4 for the idler. Compared with a plane-parallel cavity, over eight times and three times brightness improvements were realized for the signal and idler light, respectively.
optical parametric oscillators unstable resonator beam quality Chinese Optics Letters
2022, 20(9): 091401
1 中国工程物理研究院应用电子学研究所, 四川 绵阳 621900
2 中国工程物理研究院高能激光科学与技术重点实验室, 四川 绵阳 621900
介绍了非稳腔薄片激光器腔内像差产生的原因及特点,提出了采用离焦校正变形镜和二维变形镜组合的方式校正腔内像差的主动校正技术,在仿真和优化设计基础上,研制的离焦校正变形镜动态范围为18.52 μm(峰谷值),二维变形镜镀膜后静态面形不大于0.04 μm(均方根误差),单驱动器动态范围大于6 μm(峰谷值),交连值在30%~35%范围内。将两种变形镜放置于激光器腔内进行主动闭环校正,经过离焦校正后光束质量改善至19.5,再经过二维变形镜校正后优化至6.5,波前像差由1.504 μm(均方根误差)减小至0.185 μm(均方根误差),光束质量提高了3倍,均方根误差值提高了8.1倍。实验结果证明,组合式校正模式可以有效地改善非稳腔薄片激光器腔内像差,其技术路线是可行的。
激光器 非稳腔 动态范围 光束质量 闭环校正 中国激光
2020, 47(10): 1001004
非稳腔拥有较大的模体积, 良好的光束特性, 因而在板条激光器中应用广泛。一般而言, 板条激光器均采用的是共焦非稳腔结构, 对非共焦腔结构研究较少。采用Rigrod分析法对非共焦非稳腔的功率提取效率进行分析, 研究了腔长增加或者减小时, 非共焦腔的光束特性, 失调特性以及功率提取效率的变化。结果表明, 腔长减小时, 非共焦腔相比共焦腔, 功率提取效率整体呈下降趋势; 而当腔长增加150~210 mm时, 非共焦腔的功率提取效率提升11%左右, 抗失调特性相比共焦腔结构也提升10%以上。
非稳腔 功率提取效率 失调特性 光束质量 unstable resonator the power extraction efficiency misalignment characteristics beam quality
1 武汉软件工程职业学院, 湖北 武汉 430205
2 华中科技大学激光加工国家工程研究中心, 湖北 武汉 430074
激光器的谐振腔在实际装配过程及运行过程中很难保证完全调准, 因此研究谐振腔的稳定性十分必要。采用“Rigord分析法”分析了抛物面镜离轴非稳腔和球面镜腔角度失调时功率提取效率的变化, 对腔长改变时两种谐振腔的输出特性进行了讨论, 同时研究了腔镜曲率半径增大的抛物面镜离轴非稳腔的稳定性。结果表明, 当失调角度在±6 mrad变化时, 抛物面镜腔的功率提取效率比球面镜腔高5.6%; 当谐振腔腔长的变化值在―1～1 mm的范围内时, 抛物面镜离轴非稳腔的功率提取效率比球面镜腔高3.5%; 当谐振腔腔镜曲率半径增加2 mm时, 抛物面镜腔的功率提取效率增加, 且抗失调特性更好。
非稳腔 光束质量 数值模拟 失调特性 unstable resonator beam quality numerical simulation misalignment characteristics
1 武汉软件工程职业学院,湖北 武汉 430205
2 华中科技大学 激光加工国家工程研究中心,湖北 武汉 430074
非稳腔由于其良好的模式鉴别特性,且可获得接近衍射极限的输出束,因此在板条激光器及放大器中广泛应用。但非稳腔有多种不同结构,不同类型谐振腔的输出光束特性各不相同,因此对不同结构非稳腔特进行研究具有重大意义。采用Fox-Li迭代算法,数值模拟了对称正支和负支共焦腔,对称非稳腔和离轴非稳腔的输出特性,对不同结构谐振腔的稳定性进行了分析。研究结果表明,离轴非稳共焦腔输出光束远场分布能量更集中,且输出光束的M2因子仅为对称腔的1/5; 而离轴负支共焦腔的抗失调特性优于离轴正支腔。
非稳腔 光束质量 数值模拟 失调特性 unstable resonator beam quality numerical simulation misalignment characteristics
1 中国科学院 长春光学精密机械与物理研究所，吉林 长春 130033
2 激光与物质相互作用国家重点实验室,吉林 长春 130033
3 中国科学院大学，北京 100049
为了获得TEA CO2激光器高质量的单纵模输出，对种子注入锁定的TEA CO2激光器进行了研究。首先，本文提出了一种透射耦合输出的虚共焦非稳谐振腔方案，利用Glad软件的Prony法对腔模的演化进行了仿真分析，并实验记录了近场与远场的光斑光强分布。仿真结果与实验结果吻合，验证了此腔型方案的合理性。其次，在此腔型的基础上进行了腔外种子注入锁定实验，实验结果显示：自由振荡时存在频率为195 MHz的拍信号，当种子注入锁定成功后，输出激光拍频消失,波形变光滑,峰值功率降低48.6%,脉冲产生时间缩短20 ns。实验结果与已有成果吻合，验证了此种透射式非稳腔的TEA CO2激光器具有输出高质量单纵模的能力。
TEA CO2激光器 非稳谐振腔 注入锁定 单纵模 TEA CO2 lasers unstable resonator injection-locked single longitudinal mode
1 沈阳理工大学 理学院, 辽宁 沈阳 110159
2 鞍山紫玉激光科技有限公司, 辽宁 鞍山 114000
采用非稳腔光参量振荡(OPO)研制了千赫兹重复频率人眼安全波段全固态激光器。激光器采用电光调Q方式、脉冲激光二极管(LD)侧面泵浦Nd:YAG激光晶体实现了高光束质量的1.064 μm基频激光。光参量振荡部分采用Ⅱ类非临界相位匹配KTP晶体, 为了获得较好的光束质量, OPO谐振腔采用平凸非稳定谐振腔结构, 实现了千赫兹重频、窄脉冲1.57 μm波段激光输出。在脉冲激光二极管泵浦电流为125 A、电光调Q重复频率为1 kHz时, 1.57 μm激光输出最大平均功率达到了4.67 W, 激光脉冲宽度为4.3 ns, 功率不稳定度为3%, 激光泵浦阈值约为45 A。
人眼安全 脉冲LD泵浦 非稳腔 全固态激光器 eye-safe pulse LD pump unstable resonator solid-state laser 红外与激光工程
2018, 47(1): 0105003
